淺談超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

1、淺談超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析淺談超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析一工程概況的地基基礎(chǔ) 某項目地上建筑面積為13.45萬m，地下建筑面積為4.3萬m，總建筑面積為17.75萬m。根據(jù)巖土工程勘察報告，本工程場地地基土層為第四紀(jì)沖海積的黏土和淤泥層，基底巖性為侏羅紀(jì)熔結(jié)凝灰?guī)r，場地內(nèi)無液化土層。賓館塔樓柱下荷載最大達(dá)3.8104kn，商務(wù) 一工程概況的地基基礎(chǔ) 某項目地上建筑面積為13.45萬m，地下建筑面積為4.3萬m，總建筑面積為17.75萬m。根據(jù)巖土工程勘察報告，本工程場地地基土層為第四紀(jì)沖海積的黏土和淤泥層，基底巖性為侏羅紀(jì)熔結(jié)凝灰?guī)r，場地內(nèi)無液化土層。賓館塔樓柱下荷載最大達(dá)3.8104kn，商

2、務(wù)塔樓柱下荷載最大達(dá)3.5104kn，采用大直徑灌注樁，平板式樁筏基礎(chǔ)。經(jīng)優(yōu)化比較，樁徑 7001100較為合理。商務(wù)樓和賓館塔樓下筏板厚度為3m，其他位置底板采用厚板式，板厚為1.2m。針對本工程塔樓和輔樓預(yù)期存在的沉降差異問題，在各塔樓與輔房之間設(shè)置后澆帶，并配合相應(yīng)的后澆帶處理措施和大體積混凝土澆筑措施，解決了超長結(jié)構(gòu)混凝土的收縮裂縫問題和塔樓與輔樓間的沉降差異在基礎(chǔ)底板中產(chǎn)生過大內(nèi)力的問題。 二結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 結(jié)構(gòu)體系。塔樓外框架柱采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱，鋼筋混凝土柱外框架體系將作為有效的承重支撐，大部分豎向荷載通過軸力方式向下傳遞，而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是提供強大

3、的抗側(cè)力能力。建筑抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定：6度區(qū)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)適用的最大高度為150m，本工程兩塔樓的房屋高度均為161.1in，僅超過11.1m；本工程屬b級高度，而高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定：6度區(qū)框架一核心筒結(jié)構(gòu)b級高度建筑的最大適用高度為210m，還有48.9m才超限；大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊的存在使得本工程屬于特殊類型的高層建筑(大跨度連體)。但由于本工程塔樓高寬比hb為4.4并不大，兩塔樓的平面及豎向結(jié)構(gòu)特性變化較少，且連廊與塔樓采用弱連接，對塔樓耦合影響小。計算分析結(jié)果也表明無異常薄弱層出現(xiàn)，且以風(fēng)荷載為控制水平作用。綜上所述，本工程有兩項輕微超限，設(shè)計時采取必要的抗震加強

4、措施，在技術(shù)上是可行的，順利通過設(shè)計審。 彈性計算。本工程采用中國建筑科學(xué)研究院編制的多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件satwe、特殊多、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件pmsap)及美國csi公司的國際通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件etabs等三個程序進行整體計算，均采用抗震耦聯(lián)分析并考慮偶然偏心。用satwe程序進行彈性動力時程分析。兩塔樓的自振特性計算結(jié)果見表1和表2，三個軟件的計算結(jié)果較接近，從側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)模型和分析的正確性。結(jié)構(gòu)的主要振型以平動為主，扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比，賓館塔樓分別為0577、0605、0538，商務(wù)塔樓分別為0593、0603、0529

5、，均小于085，滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(jgj32002)的要求。 風(fēng)荷載及多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載及多遇地震作用下結(jié)構(gòu)最大點位移和最大的層間位移角，可見在風(fēng)荷載和地震作用下的層間位移角度均小于規(guī)范限值。兩塔樓產(chǎn)生的最大屋面位移及最大層間位移角均是x方向風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的，其中商務(wù)塔樓最屋面位移為9344mm，最大層間位移角為11537；賓館塔樓最大屋面位移為8283mm，最大層間位移角為11743。最大層間位移角均小乎規(guī)范所規(guī)定的限值1800。本工程塔樓屬于風(fēng)荷載為控制水平作用，在考慮偶然偏心影響的水平地震作用下，樓層豎向構(gòu)件最大水平位移和層間

6、位移與其平均值之比小于規(guī)范限值，說明結(jié)構(gòu)具有很好的抗扭剛度。淺談超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析(2)地震作用下樓層剪重比也是結(jié)構(gòu)整體分析的重要內(nèi)容，計算結(jié)果表明，兩塔樓各層x方向和y方向的層間地震剪力均滿足規(guī)范的最小剪重比要求。賓館塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為2.83105knm，6.55x105knm；y方 地震作用下樓層剪重比也是結(jié)構(gòu)整體分析的重要內(nèi)容，計算結(jié)果表明，兩塔樓各層x方向和y方向的層間地震剪力均滿足規(guī)范的最小剪重比要求。賓館塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為2.83105knm，6.55x105knm；y方向傾覆力矩分別為2.66105knm，8.09105knm。

7、商務(wù)塔基底框架和核心筒的x方向傾覆力矩分別為3.21105knm，6.08105knm；y方向傾覆力矩分別為2.37105knm，7.66105knm。核心筒所占傾覆力矩沿結(jié)構(gòu)高度始終大于總地震傾覆力矩的50，表明對于整體結(jié)構(gòu)安全度是可靠的。 彈性時程分析。按照巖土工程勘察報告確定的場地類別，采用工程場地地震安全性評價報告提供的地震動參數(shù)，選擇兩組實際地震記錄波和一組人工模擬地震波進行彈性動力時程分析。每條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力大于cqc法求得的底部剪力的65，三條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于cqc法求得的底部剪力的80。cqc法計算結(jié)果基本包絡(luò)三條時程曲線計算所得的平均

8、值，僅在結(jié)構(gòu)頂部的少數(shù)樓層地震剪力偏小，說明設(shè)計反應(yīng)譜在長周期階段的人為調(diào)整以及計算中對高階振型的影響估計不足，設(shè)計時將對頂部樓層的地震剪力進行調(diào)整，滿足對時程分析法的內(nèi)力包絡(luò)要求。除此以外，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋可直接按cqc法計算結(jié)果采用。 中震不屈服分析和動力彈塑性分析。如前所述，本工程平面及豎向結(jié)構(gòu)特性變化較少，多遇地震下的計算結(jié)果也無超限情況出現(xiàn)，鑒于本工程建筑等級較高為確保結(jié)構(gòu)安全可靠，我們依然對其進行了中震不屈服驗算，使剪力墻、柱、連梁和框架梁等重要抗震構(gòu)件在中震作用下不屈服。 通過中震不屈服計算和判斷，兩塔樓結(jié)構(gòu)體系中豎向構(gòu)件在中震作用下保持著良好的彈性性能，而水平構(gòu)件特別是連梁則有部

9、分進入屈服狀態(tài)，通過調(diào)整連梁和框架梁的配筋和對部分連梁截面進行調(diào)整，才使所有主要水平構(gòu)件不進入屈服狀態(tài)。這從設(shè)計上保證了中震不屈服的落實，體現(xiàn)了地震中各構(gòu)件的屈服順序基本上是首先連梁屈服，其次有部分框架梁屈服，而豎向構(gòu)件則未出現(xiàn)屈服情況。 三主要技術(shù)及措施 空中連廊支承結(jié)構(gòu)抗震加強措施。連廊弱連接支座留足連廊兩端活動空間確保不出現(xiàn)下墜，采用抗拉鉸接萬向支座，并用側(cè)面限位器固定，確保水平荷載直接傳遞到塔樓主結(jié)構(gòu)。支承連廊的框架柱抗震等級提高為一級，以確保安全性。 連廊及頂部塔樓結(jié)構(gòu)抗震加強措施。連廊采用空間鋼結(jié)構(gòu)桁架，鋼筋混凝土樓板的形式，并進行專門設(shè)計。頂部蓮花座高度較高且外形復(fù)雜，采用將芯筒適度上升，外復(fù)鋼結(jié)構(gòu)形成蓮花座外形的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能極大地減輕自重保證結(jié)構(gòu)強度，從而有效克服鞭梢效應(yīng)，且施工方便。 平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則抗震加強措施。主要采取調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的布置，使質(zhì)心與剛心盡量重合，并加大結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，以減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)各樓層的位移比不大于1.4。例如由于塔樓平面存在局部凸出圓弧，部分樓層的x向最大水平位移與平均層間位移比值超b級高度的1.4，最大達(dá)到1.47，最終通過適當(dāng)加寬圓弧內(nèi)柱子x向柱寬，并加強兩柱聯(lián)系梁剛度得以解決。 側(cè)向剛度不規(guī)則抗震加強措施。適當(dāng)加大立面變化處樓層的板厚及配筋，并采用雙層雙向配筋，加強與立面變化樓層相交的豎向構(gòu)件的