呼和浩特市迎和广场地震学设计

呼和浩特市迎和广场地震学设计

1下分层建筑平面图迎和广场项目位于呼和浩特锡林北路东侧，原内蒙古邮局宿舍庭院，南侧为昭陵大学校，北邻胡铁路局办公室。东侧是一个集商业和办公室于一体的大型公共建筑。地上23层（5层裙子），地下2层，第一和第五楼层商业裙子，总结面98.9米，裙子高度27.8米，建筑面积66915米。地下2层为双层立体停车库,地下1层~地上5层为商业、机房和餐饮,6层~23层为办公区,建筑效果图如图1所示,建筑剖面图如图2所示。该建筑设计使用年限为50年,结构安全等级为二级,设防类别为丙类(6层~23层)和乙类(地下1层~地上5层),抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.2g,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组。2结构体系与计算的分析2.1地下主副板结构平面布置本工程标准层(6层~23层)采用框架-核心筒结构,其结构平面布置如图3所示。为有效减小主楼偏心收进给裙房带来的扭转效应,并结合楼梯和电梯间的布置,在地下2层~地上5层主楼的四角位置设置4个角筒,其结构平面布置如图4所示。本工程首层~5层平面尺寸为54m×56.25m,主楼平面尺寸为27m×56.25m,其主楼收进尺寸为裙房水平尺寸的50%,超出《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)的规定,且本工程为偏心收进,地震作用下容易引起较大的扭转效应。2.2综合计算与分析2.2.1场地震响应分析本工程结构总高度98.9m,根据《呼和浩特市地震安全性评价和抗震设防要求管理办法》(呼政发8号文)的规定:坚硬、中硬场地上80m以上的高层建筑必须进行地震安全性评价,并根据地震安全性评价结果确定的抗震设防要求进行抗震设防。安全性评价报告提供的场地设计地震动加速度反应谱取为:式中:Amax为场地地面地震动峰值加速度;β(T)为设计地震动加速度放大系数反应谱;αmax为地震影响系数最大值。工程场地地表水平向设计地震动峰值加速度及其反应谱参数见表1。多遇地震安评谱与规范谱的比较结果如图5所示,水平地震影响系数在短周期部分安评谱大于规范谱,在长周期部分安评谱小于规范谱。图6为本结构分别在多遇地震安评谱和规范谱作用下各层剪力分布,X向和Y向各层剪力安评谱均大于规范谱,故本工程采用安评谱进行设计计算。2.2.2结构体系化效应为准确把握结构的地震反应,本工程采用SATWE和PMSAP两种分析软件进行反应谱分析,反应谱采用安评谱,主要计算结果如表2所示。通过比较两种软件计算结果可知,SATWE和PMSAP计算结果非常接近,且均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)的要求。计算结果表明,由于在首层~5层主楼布置了4个角筒,有效地减小了偏心收进带来的扭转效应,底部五层裙房Y向的楼层最大水平位移与平均位移的比值最大值为1.27,扭转效应得到较好控制。楼层抗侧刚度比、抗剪承载力及层间位移角分布如图7~10所示。由图7和图8可知:X向和Y向楼层抗侧刚度比值均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)规定的不小于0.9的限值,楼层抗剪承载力随层数增加逐渐减小,其比值满足规范不宜小于0.8的规定,9层和14层处抗剪承载力发生变化,是由于此两层处混凝土柱截面发生改变所致。分析图9和图10可知,在体型收进处(6层)楼层抗侧刚度和层间位移角均出现一定程度的变化,但变化程度较小。通过合理布置4个角筒,调整角筒的抗侧刚度,减小了由于竖向体型偏心收进带来的层刚度变化的程度,从而减小了由于偏心收进引起的不利影响,提高了结构的抗震能力。依据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010),本工程采取以下抗震措施增加体型收进部位结构的耗能能力:1)体型收进上下各两层塔楼周边竖向构件抗震等级提高一级,由一级提高为特一级;2)加强底部楼层偏心收进处下部2层周边竖向构件的构造配筋;3)偏心收进处楼板板厚取为150mm,双层双向配筋,且每层每方向配筋率不小于0.25%。2.3预应力梁挠度的测定本工程裙房首层~5层结构向外悬挑5.7m,如图11所示。此悬挑梁若采用普通钢筋混凝土梁,在正常使用状态下很难满足规范对于裂缝和挠度要求,故本工程大跨度悬挑梁采用无粘结预应力混凝土梁。预应力筋采用无粘结预应力钢绞线,直径15.2mm,极限强度标准值1860MPa,夹片式锚具,张拉控制应力σcon=0.7fptk。考虑预应力损失和预应力反拱,计算预应力梁的裂缝和挠度。以北侧第一道悬臂主梁为例,截面尺寸为600×1000,悬挑长度为5.7m,考虑荷载长期作用的影响,普通钢筋混凝土梁挠度值为45mm,大于《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)规定的限值l0/300=5700×2/300=38mm;预应力混凝土梁考虑预应力反拱后的挠度值为35mm,最大裂缝宽度0.07mm,施加预应力后,减小了裂缝宽度和挠度,预应力悬挑梁较好的满足了规范的要求。3主楼地基结构模型主楼与裙房高度的差异引起基底反力相差悬殊,主楼区域最大,其次是裙房区域,纯地下室区域最小。本工程采用梁板式筏板基础,根据荷载的大小将基础划分为3个区域,如图12基础分区图所示,阴影区为主楼区域,主楼四周向外延伸一跨为A区;裙房区域向纯地下室区延伸一跨为B区;其余区域为C区。A区地梁高2.5m,筏板厚度1.2m;B区地梁高1.6m,筏板厚度0.8m;C区地梁高1.6m,筏板厚度0.6m。为满足主楼下筏板的整体挠度及主楼与相邻裙房框架柱、纯地下室框架柱之间差异沉降的要求,主楼及相关范围采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)进行地基处理,桩身直径400mm,核心筒及四个角筒下桩间距为1.2m,主楼下其余区域桩间距1.4m,桩长20m,桩端持力层为(7)层粉质黏土。B区和C区为天然地基,天然地基持力层为(5)层砾砂层,地基承载力标准值为300kPa。为增加地下室结构刚度和整体性,使基底反力分布相对均匀,在4个角筒与地下室外墙之间设置4道混凝土墙(深梁),通过应用有限元计算软件Plaxis3D(2012版),并考虑地基土与结构相互作用,对本工程的地基变形进行数值分析。其中梁、柱采用3节点线单元模拟,此单元具有轴向和弯曲刚度;基础底板、楼板和墙用板单元模拟;地下室外墙与土体接触部分,通过指定面位移来保证地基基础沉降的准确计算,计算模型见图13。基础沉降计算结果如图14所示,核心筒下最大沉降量计算值为47.16mm,总沉降变形量的计算值小于《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定的200mm;且差异沉降量的计算值小于规范规定的0.1%L,主楼下筏板整体挠度值不大于规范规定的0.05%。4小体型收进(1)竖向体型偏心收进的高层建筑,可以通过对抗侧力构件的合理布置,使竖向抗侧刚度变化趋于平缓,减小体型收