大底盘不对称多塔楼超限高层建筑的抗震设计

1、Abstract :国外建材科技2008 年第 29 卷 第 3 期大底盘不对称多塔楼超限高层建筑的抗震设计谭翠颜1 ,黄雨固2(1 . 广东省高教建筑规划设计院 ,广州 510631 ;2 . 广东省高要市工程质量监督站 ,高要 526100)摘 要: 平面不规则、竖向构件不连续、高位转换与塔楼偏心的大底盘多塔楼高层建筑属超限高层建筑 ,对建筑物抗震不利 ,要提高其抗震能力 ,解决超限问题 ,需要有合理的结构体系、进行合理的概念设计、建立正确的力学模型和采取有效的构造措施。 关键词:超限高层 ; 平面不规则 ; 竖向构件不连续; 塔楼偏心; 抗震设计; 构造措施Seismic Design

2、of an Asymmetry2multiple2to wer High2rise Exceeding Limit With Base BlockTA N Cui2yan1 , HU A N G Y u2gu2(1. High Education Architecture Design & Plan Institute of Guangdong , Guangzhou 510631 ,China ;2. Gao2yao Engineering Quality Supervision Station of Guangdong , Gaoyao 526100 ,China)An asymmetry

3、 multiple tower high rise wit h base block ,irregularly plan ,discontinuously vertical member andhigh conversion ,is an ultra limit high - rise which is disadvantageous to t he eart hquake resistance. To enhance its eart hquake resistance ability and solve t he problem which ultra limits , it needs

4、t he reasonable structure system , t he reasonable conceptual design , t he establishment correct mechanics model and t he effective structure measure.Key words : high rise exceeding limit ; irregularly plan ;discontinuously vertical member ; eccentric tower ; seismicdesign ; construction measure近年来

5、 ,随着城市化建设进程的加快 ,出现了越人防地下室。西南、西塔楼之间在裙楼以上设来越多的大底盘多塔楼高层建筑 ,同时 ,由于公众审200 mm宽结构防震缝 ,东南、西南塔楼之间在裙楼美观的多样化和居住者对居住建筑的多样化使得建以上设 350 mm 宽结构防震缝 ,裙楼屋面及以下不筑师对建筑形态不断创新 ,从而突破现行规范的超设缝。限高层建筑越来越多。笔者结合某商务广场的设计该工程的抗震设防类别为乙类(裙楼) 、丙类(塔实例 ,介绍了大底盘不对称多塔楼超限高层建筑的楼) ,抗震设防烈度为 7 度 ,该工程地震作用计算采抗震设计。用的抗震设防烈度为 7 度;抗震措施 ,采用的抗震设1 工程概况防烈

6、度为 8 度( - 1 层地下室 ,裙房) 、7 度( - 2 层地下室 ,塔楼) 。根据建筑平面 ,造型和结构高度 ,该工某商务广场为多塔楼大底盘建筑 ,4 层底盘上程采用框架 - 剪力墙结构 ,为满足建筑功能的需要 ,设 3 个塔楼 ,总建筑面积为 138923 . 86 m2 ,建筑高分别在首层和 5 层局部设置了转换构件。度为 99 . 6 m 。底盘 4 层为商业用途 ,塔楼呈“L ”形2 超限分析及相应的结构措施布置在裙楼的南面和西面 ,东南及西南塔楼为 29 层住宅 ,西塔楼为 14 层公寓 ,带 2 层地下室 ,负 1 层为根据超限高层建筑工程抗震设防专项审查技商业超市 ,负

7、2 层平时为停车库2,战时部分兼作22 6 级术要点(建质 2003 46 号) ( 以下简称要点) ,对22247国外建材科技2008 年第 29 卷 第 3 期该工程超限的类型和程度进行分析。2. 1平面不规则 楼板局部不连续该工程在裙楼各层中间部位因建筑设有中庭 ,开有较大面积洞口 ,并在其东北侧开有小面积洞口;因 3 层设有电影厅 ,导致 4 楼相应部位开洞;每层总的开洞面积小于塔楼平面面积的 30 % ,但楼面开洞尺寸超过楼面宽度的一半。4 层结构平面布置如图1 所示。图 14 层结构平面布置图针对楼板局部不连续的情况 ,采取的措施有:1)加厚了洞口附近楼板和加强了边梁 ,以增加平面

8、刚度和利于水平力的传递; 2) 加强洞口所对应的上层同一位置处的梁板;3) 考虑因开洞削弱而产生的平面内变形 ,设计上选用能考虑楼板变形影响的设计软件( SA TWE 程序) 进行整体内力分析计算 ,分析时采用弹性楼板假定 ,使结构计算模型能更真实地反映结构的受力情况。2. 2竖向不规则 竖向抗侧力构件不连续、高位转换由于底盘使用上要求大空间 ,该工程东南塔、西南塔在第 5 层平面(裙楼屋面) 局部采用框支梁上托剪力墙的转换型式 ,实现从住宅的剪力墙转换为裙房的柱子。西塔由于上下柱位不一致而在裙房楼面设了转换梁来进行转换 ,转换层平面结构布置见图2 (5 层结构平面布置图) 。根据要点,该工程

9、的梁式转换属于高位转换 ,竖向抗侧力构件连续性类别属于 类。采取的措施有: 1) 所有框支柱采用高强型钢混凝土柱 ,以提高其抗震性能;2) 转换梁(框支梁) 两边各一跨范围内楼板加厚至 200 mm ,以利于水平力的传递;3) 对框支框架相邻的非框支框架进行了加强;4) 另外采取了加强落地筒体 ,增加底部剪力墙 , 调整底部剪力墙位置等措施 ,减少楼层侧向刚度沿结构竖向的变化。图 25 层结构平面布置图2. 3塔楼偏心该工程大底盘上有 3 个塔楼建筑 ,其中西塔 ,东南塔、西南塔主楼与裙房的质心偏心距分别为 54 m(西南塔) 、44 m (东南塔) 、41 m (西塔) ,均已超出了高规10

10、 . 6 . 1 条“塔楼结构与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的 20 %”的规定。针对塔楼偏心 ,采取了以下措施:1) 裙房顶部楼板板厚加厚至 180 ,同时裙房各层与塔楼相连的两跨梁板适当加强 ,以增强 3 栋塔楼的变形协调能力。2) 增加底部剪力墙 ,调整底部剪力墙位置 ,尤其是在远离塔楼的裙房部分适当布置了一些剪力墙 ,以调整裙房部分结构的刚心 , 使其尽可能的靠近质心。 3) 由于塔楼偏置过多 ,在进行结构内力计算时 ,大底盘部分 25 层均设置了弹性板进行计算。3 结构计算及结果3. 1计算软件该工程采用中国建筑科学研究院多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SA TW

11、E 程序进行计算分析 ,并采用北京迈达斯技术有限公司开发的韩国建筑及土木结构通用的结构分析与优化设计软件M IDAS/ GEN Ver 6 . 6 . 0 进行设计验证 ,对于框支梁、框支柱等复杂构件采用有限元程序进行分析。3. 2结构计算参数取值1) 振型组合数:分别考虑单、多塔扭转耦联抗震计算 ,振型数 kt = 30 。2) 时程分析地震波的选取:该工程按 7 度、类场地 ( 卓越周期为 0 . 29 s ) , 选用了 Elcent 波、oakwh1波和场地合成人工波进行分析计算。3) 0 . 2 Q 0 调整系数: 由于该工程转换层位置比较高 ,框支剪力墙的剪力 ,一部分通过转换层楼

12、板传至落地剪力墙 ,另一部分直接传至框支柱 ,故底盘部分框支柱所承担的剪力调整系数若取 0 . 2 Q 0 就有48国外建材科技2008 年 第 29 卷 第 3 期些偏低 ,根据文献 1 中建议值为 0 . 20 . 35 Q 0 ,该墙对结构的刚度贡献。工程取值为 0 . 3 Q 0 。3. 3 计算结果4) 周期折减系数: 考虑到 3 个塔楼的填充墙都整体计算结果(周期、位移、层间位移角) (采用比较多 ,周期折减系数取了 0 . 75 ,以充分考虑填充SA TWE 、M IDAS 软件计算 ,考虑耦联) 如表 1 所示。表 1周期、位移、层间位移角数值表结果SA TWE 多塔计算单塔切

13、开计算M IDAS 多塔计算西塔(14 层)西南塔(29 层)东南塔(29 层)计算程序SA TWESA TWESA TWESA TWEM IDAS框支柱轴压比0 . 54重力荷载代表值作用下0 . 50 (东南塔) ;0. 40 (西南塔) ;0. 15 (西塔)小墙肢轴压比框支梁剪压比 0. 15转换层上部与下部X 向 :0. 471 5X 向:0. 5272X 向:0 . 566 6X 向 :0. 595 7X 向 :0. 509 7结构的等效刚度比Y 向 :0. 481 7Y 向:0. 4817Y 向 :0. 878 6Y 向:0. 623 5Y 向:0. 492 6T12. 742

14、7 ( X )1. 610 5 ( X )2 . 687 0 ( X )3 . 017 8 ( X )2 . 393 112 ( X )T22. 556 5 ( Y)1. 433 ( Y)2 . 430 3 ( Y )2 . 916 8 ( Y)2 . 255 012 ( Y )T32 . 168 1 (扭)1. 255 2 (扭)1. 660 6 (扭)2 . 524 7 (扭)1 . 990 035 ( X )自振T42. 129 9 ( X )0. 615 5 (扭)0 . 707 8 ( Y )0 . 809 6 ( X )1. 947 000 (扭)周期/ sT51. 994 4 (

15、 Y)0. 503 6 ( Y )0 . 696 1 ( X )0 . 764 9 ( Y)1. 840 688 (扭)T61 . 394 1 (扭)0. 443 6 ( X )0. 555 3 (扭)0 . 691 5 (扭)1. 278 026 (扭)T 扭转/ T 平0. 790 . 780 . 620. 830. 81X 向地震力最大层间位移角1/ 1 4371/ 1 5191/ 1 6101/ 1 3511/ 1 428Y 向地震力最大层间位移角1/ 1 0971/ 1 3821/ 1 3631/ 1 0741/ 1 250X 向风荷载最大层间位移角1/ 6 0561/ 4 3471

16、/ 6 0481/ 6 3471/ 5 930Y 向风荷载最大层间位移角1/ 1 9391/ 7 1051/ 2 2061/ 1 5311/ 1 995从计算结果看来 ,由于剪力墙和筒体布置较合4) 对 2 、3 层大开洞周边楼板加厚至 150 mm ,配理 ,结构平动周期比较合适 ,扭转效应影响不大 ,各10 150 双层双向钢筋网。层的层间位移角能基本满足规范的要求 ,整体受力4. 2 剪力墙底部加强部位是合理、安全可靠的。严格执行规范 ,对剪力墙底部加强部位的抗震4 结构构造措施等级提高 1 级即按 1 级抗震等级设计; 对约束边缘构件的纵向钢筋和箍筋予以特别提高 ,对剪力墙的为了加强建

17、筑物的抗震性能和整体刚度 ,构造水平及竖向分布钢筋配筋率适当提高。上采用了以下措施:4. 3 结构薄弱层4. 1 重要楼层板厚加厚裙房上的第 1 层塔楼是该结构的薄弱层。按规1 ) 首层 ( 地下室顶板 , 裙房的嵌固端) 板厚范 ,抗震墙及框架抗震等级提高一级 ,即按一级抗震180 mm ,配筋率大于 0 . 35 % , 双层双向贯通。等级设计 ,对剪力墙约束边缘构件的纵向钢筋和箍2) 对裙房屋面层(塔楼的嵌固端) 楼板采用板厚筋配筋率、墙身水平及竖向分布钢筋配筋率适当提180 mm ,对转换梁周边及塔楼相连处楼板加厚至高 ,同时适当的增大此层框架梁的截面。200 mm ;配筋率大于 0

18、. 35 % , 双层双向贯通。4. 4 框支柱3) 对开洞较多的核心筒内楼板的板厚适当加所有框支柱采用高强型钢混凝土柱 ,以提高其强 ,板厚采用 180 mm ; 加强核心筒边梁和楼面洞边抗震性能。梁的截面和配筋 ,以减少筒体较多开孔和楼层开洞4. 5 框支梁、框架梁和连梁对结构刚度的削弱;对框支梁采用比抗震等级更加严格的技术措49国外建材科技2008 年第 29 卷 第 3 期施 ,通过提高纵筋配筋率、提高配箍率 ,建筑外周边和裙楼室内开洞周边适当加高外框边梁截面并且加强梁筋构造 ,提高结构的整体刚度 ,提高建筑物的抗震性能。剪力墙底部加强部位的连梁配置交叉暗撑 ,以增加连梁的延性 ,通过充分利用连梁的耗能能力 ,让结构在大震作用下过渡到一个具有较高变形能力的结构体系 ,避免结构倒塌。4. 6加强塔楼外围框架柱控制轴压比。严格控制剪力墙、框支柱、框架柱的轴压比 , 以提高延性和提高结构整体抗震性能。该工程中 ,框支柱最大轴压比为 0 . 54 ,剪力墙墙肢最大轴压比为 0 . 50 ,