公寓式酒店塔楼的超限高层结构抗震分析及设计,建筑结构论文

公寓式酒店塔楼的超限高层结构抗震分析及设计,建筑结构论文辽宁省沈阳市某商业综合体项目由超高层公寓式酒店、商务综合楼以及多层商业裙房组成，总建筑面积约为18.8万m2，本文就华而不实的公寓式酒店塔楼的超限高层构造抗震分析及设计进行介绍。该塔楼总高度为175m，地上42层，设有3层地下室;采用框架-核心筒构造作为抗侧力体系，并以地下室顶板作为嵌固端。公寓式酒店标准层层高为3.6m，其底部六层及避难层的层高均为5.2m。该塔楼的构造计算模型如此图1所示。本工程位于七度抗震设防烈度区，建筑构造设计使用年限为50年，建筑构造安全等级为二级。抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为甲级。2构造体系2.1上部构造公寓式酒店塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒构造，平面布置为矩形，典型楼层平面长度、宽度分别为35.9m、30.9m，构造标准层的构件布置如此图2所示。核心筒七层下面外部墙体厚度为650mm，其余各层沿高度分三个区段，其厚度在500mm～350mm之间。核心筒内部的墙体厚度根据计算和构造的需要沿高度变化，厚度取值范围为200mm～350mm。外围框架柱第十六层及其下面各层采用内置十字型钢的型钢混凝土柱，其余各层均为普通混凝土柱。构造第七层及其下各层框架柱截面尺寸分别为1300mm1300mm、1100mm1100mm、800mm1600mm，第八层至十六层之间的框架柱截面尺寸变为1100mm1100mm、800mm1600mm。除避难层外，构造其余各层框架梁的高度为600mm～700mm。在角部框梁没有能双向拉通之处，设置800mm200mm的暗梁予以加强。用于作为框架梁固定端的核心筒连梁内置H型钢，以保证连梁具有足够的承载能力，知足抗弯、抗剪设计要求。本工程中选用梁板的混凝土等级为C30，柱墙的混凝土等级为C40～C60，所用型钢的材质均为Q345B。2.2地下室构造经比拟分析，本工程的基础采用桩筏基础，塔楼核心筒下的筏板厚度为2800mm，商业裙楼的筏板厚度为800mm。塔楼选用800直径桩端后注浆钻孔灌注桩，有效桩长23m。商业裙房及地下室采用天然地基，利用600的钻孔灌注抗拔桩解决抗浮问题。作为上部构造的嵌固端，地下室顶板厚度为200mm，采用双层双向钢筋通长布置，且每层每个方向的配筋率不小于0.25%。地下室通过增设后浇带、膨胀加强带等措施，降低沉降差引起的内力以及因长度过长而产生的混凝土收缩和温度效应。3构造超限判别根据(高层建筑混凝土构造技术规程〕(JGJ32018)和(超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术重点〕(建质【2018】109号)的规定，公寓式酒店为超A级但不超B级高度的构造。参照文献［1-3］的相关规定，本工程存在如下三项超出相关的限值。1)在规定的水平力作用下，楼层及层间最大弹性位移比大于1.2，属扭转不规则。2)二层楼板有效宽度小于该层楼板典型宽度的50%，属楼板局部不连续。3)避难层构造的侧移刚度比不知足规范要求，构造存在刚度突变。4构造抗震分析本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅱ类，特征周期为Tg=0.36s。构造阻尼比取0.05。基本风压荷载标准值w0=0.60kN/m2(按50年一遇风压)，地面粗糙度为C类。构造整体分析主要采用SATWE、PMSAP和ETABS三种程序进行比照计算，根据三水准两阶段设计方式方法进行抗震分析及设计。第一阶段分为小震作用下的弹性分析、中震作用下的弹性及不委屈服从分析，第二阶段为大震作用下的动力弹塑性分析。4.1性能化设计目的本项目属于存在平面不规则、局部楼板不连续且刚度突变的超限高层项目，根据(抗规〕和(高规〕进行抗震性能化设计。考虑到构造的重要性及超限程度，根据文献［1-4］性能化设计的要求，对构造提出相应的性能目的，详见表1。4.2小震作用分析构造小震作用计算采用考虑扭转耦联效应的振型分解法，计入双向地震作用，并选用一组人工地震波和两条天然地震波进行弹性动力时程补充计算。构造阻尼比取为0.05，主、次分量峰值加速度分别为0.36m/S、0.306m/S，地震波的持续时间均大于构造基本周期的5倍，并与知足规范要求的统计意义相符。小震弹性时程计算结果表示清楚，每条时程曲线计算所得构造底部剪力均大于振型分解反响谱法计算结果的65%，三条时程曲线计算所得构造底部剪力平均值大于振型分解反响谱法计算结果的80%。从最大楼层位移曲线、层间位移角、最大楼层剪力和最大楼层弯矩的计算结果看，振型分解反响谱法的计算结果曲线基本包络了所用三条地震波的相应曲线，采用振型分解反响谱法所得结果作为构造设计根据是安全可靠的。小震作用计算结果表示清楚，避难层构造的侧移刚度比不知足规范要求，构造存在刚度突变，薄弱层的剪力根据规范放大地震作用至1.25倍进行设计。构造第一扭转周期与第一平动周期之比小于规范规定的0.85，三种程序计算的位移角均知足规范要求，表示清楚构造的刚度适宜，在小震作用下构造处于弹性状态。在规定水平力的作用下，构造的位移比超出1.2的限值，表示清楚构造属于扭转不规则体系。构造的整体稳定性验算大于1.4但小于2.7，表示清楚整体构造体系是稳定的，但需要考虑重力作用二阶效应的不利影响。其余计算指标均知足规范要求，主要计算结果如表2、表3所示。4.3中震作用分析根据抗震性能化设计目的，分别进行构造构件中震不委屈服从及中震弹性的复核验算，对构造体系中的关键部位和薄弱部位进行加强，使构造知足中震性能目的的要求。中震不委屈服从和中震弹性计算结果表示清楚，构件中震作用下剪力和弯矩比小震作用下有一定的增大，构件截面总体上知足设计要求。除剪力墙、框架柱的配筋接近规范限制外，构造各层构件的配筋均符合规范要求，并知足构件性能目的要求，设计取中震作用和小震作用计算结果的最不利工况进行包络设计。4.4大震作用分析为找出构造薄弱部位并控制整体构造的弹塑性变形，确保构造在罕遇地震作用下不发生倒塌，本工程采用PUSH程序对主体构造进行了大震作用下的弹塑性静力分析。侧推荷载采用弹性CQC地震力分布，侧推荷载总量最大加载到构造总重量的100%。计算中不考虑楼板作用，楼板简化为梁翼缘考虑对构造的承载力作用。构造沿X方向和Y方向的抗倒塌验算结果如此图3、图4所示。能够看出，X方向大震作用下加载到第27步，构造的需求层间位移角为1/181;Y方向大震作用下加载到第33步，构造的需求层间位移角为1/148，均小于规范对弹塑性层间位移角1/100的限值要求。根据弹塑性静力分析逐步加载经过动画显示，构造在约全高2/3处的框架梁和剪力墙连梁处首先出现塑性铰，再逐步发展到局部剪力墙和框架柱端出现塑性铰，墙体的塑性铰毁坏以混凝土局部拉压毁坏为主。整体竖向构件具有一定的延性，弹塑性变形能得到控制，构造体系能够实现构造在罕遇地震作用下大震不倒的设计要求。4.5超限项的设计措施1)对于扭转不规则:计算中考虑双向地震作用及偶尔偏心影响;适当提高核心筒角部、框架角柱及其相邻一跨框柱的配筋率并提高型钢柱的含钢率。2)对于楼板局部不连续:采用弹性板计算;加大局部板厚，提高其双层双向配筋率;进行小震及中震作用下楼板应力分析，控制不超过混凝土抗拉强度设计值及标准值。3)对于侧向刚度比超限:计算时按薄弱层考虑，楼层内力放大1.25倍，并进行构件性能化设计;该层及其上下层抗震等级提高一级，核心筒墙体设置约束边缘构件;柱箍筋全层加密，轴压比限值比规范要求降低0.05。4.6风载作用下舒适度验算根据文献［5］的规定，取10年一遇的风荷载值计算构造顺风向、横风向的顶点最大加速度max，华而不实加速度按文献［5］附录计算。计算结果表示清楚，顺风向和横风向构造顶点的计算最大加速度均不超过0.15m/S，知足相关规范的设计要求。5结束语本文介绍了沈阳某超限高层框架-核心筒构造抗震分析及设计，进行了多遇地震、设防地震及罕遇地震作用下的抗震性能分析，并对风荷载作用下构造的舒适度验算进行了概述。设计中较好地解决了扭转不规则、楼板局部不连续、竖向刚度突变等超限问题，到达了预定的性能目的，知足了三水准抗震设防要求，构造具有