李 軍 胡玉海 孫曉剛

(大連市建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

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大連天地軟件園A-9地塊T5和T6塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計

李 軍 胡玉海 孫曉剛

(大連市建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

以大連天地軟件園A-9地塊T5,T6塔樓工程為例，對比了兩種軟件的彈性及動力彈性，并對中震彈性、大震彈塑性進行了分析，針對本項目的特點進行了結(jié)構(gòu)加強，指出經(jīng)過抗震設(shè)計后的結(jié)構(gòu)符合設(shè)定的抗震性能目標。

抗震結(jié)構(gòu)，超高層，彈塑性時程，地震

1 工程概況

大連天地軟件園A-9地塊T5,T6塔樓工程位于大連市高新區(qū)河口灣產(chǎn)業(yè)區(qū)，為兩棟地上45層高層住宅(互為鏡像關(guān)系)，兩棟塔樓結(jié)構(gòu)高度為135 m超限高層住宅。單體地下及地下車庫為地下2層。建筑效果圖及剖面圖如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)體系

T5號、T6號樓為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。豎向抗側(cè)力構(gòu)件為剪力墻，其厚度由650,500漸收到300,200，混凝土強度由C60降至C30。塔樓標準層結(jié)構(gòu)布置圖如圖2所示。

2.2 抗震主要參數(shù)

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計基本地震加速度值0.1g，設(shè)計地震分組第二組，場地土類別Ⅲ類，設(shè)計特征周期0.55 s(規(guī)范)，0.40 s(安評)，水平地震影響系數(shù)最大值為0.102(小震取自安評)；0.23(中震取自規(guī)范)；0.50(大震取自規(guī)范)，剪力墻抗震等級：地下2層為二級,其余為一級。

2.3 反應(yīng)譜及地震波

各烈度地震下安評與規(guī)范譜的參數(shù)如表1所示。

表1 各烈度地震下安評與規(guī)范譜的參數(shù)

從表1可以看出，本場地安評反應(yīng)譜大于規(guī)范反應(yīng)譜，設(shè)計時必須考慮安評反應(yīng)譜的影響。

3 超限判斷

超限情況小結(jié)如下：結(jié)構(gòu)在X向在規(guī)定水平力作用下考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比最大值為1.31>1.2，但滿足規(guī)范不應(yīng)大于1.4的要求，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；X方向偏心率最大值為0.181 2，為偏心布置；本工程結(jié)構(gòu)高度超限，達到B級高度。綜上，本工程需要進行詳細的抗震分析，同時需要進行超限高層抗震設(shè)防專項審查。

4 抗震性能目標

本項目結(jié)構(gòu)高度135 m，為B級高度超限高層，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)采用基于性能化的設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)抗震性能目標定為D級。

5 小震下結(jié)構(gòu)分析

本項目采用兩種結(jié)構(gòu)計算軟件ETABS和SATWE進行了小震計算。

5.1 周期與振型

結(jié)構(gòu)地下1層與地上1層側(cè)向剛度比在X向及Y向分別為2.82與2.51，剛度比均大于2滿足規(guī)范的嵌固端要求，結(jié)構(gòu)的嵌固部位定為地下室頂板。

兩種軟件計算的周期如表2所示。

表2 兩種軟件計算的周期

兩種軟件計算的周期之比均小于0.85,兩種軟件計算模態(tài)基本一致。

5.2 位移角

本項目結(jié)構(gòu)高度135 m，介于高規(guī)中規(guī)定的120 m與150 m之間。兩種軟件計算的層間位移角X向1/1 264～1/1 329,Y向1/1 143～/1 192，層間位移角均滿足不超過1/1 000的要求。

5.3 基底剪力及剪重比

本項目SATWE層剪重比X向為1.92%，Y向為1.86%，滿足大于規(guī)范1.6%要求。

5.4 剛重比

塔樓X向及Y向的剛重比分別為4.88和3.44，大于1.4和2.7，剛重比滿足規(guī)范要求且不需要考慮重力二階效應(yīng)的影響。

5.5 彈性時程分析

本工程時程分析選用Ⅲ類場地土上的Wrightwood-Nielson Ranch地震記錄(Hector Mine)和Tekirdag地震記錄(KocaeliTurkey)兩條天然地震波和安評提供的1條人工波，3條地震波進行時程計算所得底部剪力值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果比較，3條地震波的選擇滿足建筑抗震設(shè)計規(guī)范5.1.2條要求，振型分解反應(yīng)譜法計算的地震作用起控制作用，其作為結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)是安全可靠的。

6 中震下結(jié)構(gòu)分析

按照“中震可修”的原則，采用等效彈性方法進行中震下的關(guān)鍵構(gòu)件驗算，確保其達到設(shè)定的性能指標。

6.1 中震抗剪彈性驗算

底部加強部位的墻肢滿足中震抗剪彈性的要求，墻肢的水平分布筋均不超筋，墻肢截面抗剪承載力滿足中震抗剪彈性的要求。

6.2 中震抗剪不屈服驗算

底部加強區(qū)以外的墻肢按中震不屈服進行驗算，滿足抗剪截面的要求。

6.3 中震偏拉偏壓不屈服驗算

除底部加強部位個別墻肢出現(xiàn)較大拉應(yīng)力狀態(tài)外，其余部位的墻肢均滿足偏拉、偏壓承載力中震不屈服的要求。墻肢未出現(xiàn)整體受拉的情況，保證了墻肢抗剪的有效性。

7 大震下結(jié)構(gòu)分析

采用等效彈性和靜力彈塑性的方法進行大震下構(gòu)件驗算，驗證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能目標。

7.1 大震作用下主要墻肢受剪截面驗算

驗算了大震下主要墻肢受剪截面，無論底部加強區(qū)還是非底部加強區(qū)(變混凝土標號)的主要墻肢在大震作用下截面剪應(yīng)力均滿足截面控制要求。

7.2 大震作用下靜力彈塑性分析

為了找出結(jié)構(gòu)薄弱部位，控制整體結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，確保結(jié)構(gòu)在大震作用下不發(fā)生倒塌，對主體結(jié)構(gòu)進行了大震作用下的彈塑性靜力分析(PUSH-OVER)。

分別沿X向和Y向施加側(cè)推荷載，進行PUSH-OVER分析，抗倒塌驗算結(jié)果如表3所示。

由表3中可以看出，結(jié)構(gòu)在大震作用下能力曲線能夠與需求譜曲線相交，說明結(jié)構(gòu)在大震作用下不會倒塌。性能點對應(yīng)的層間位移角均滿足規(guī)范不大于1/120的要求，結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段后未出現(xiàn)明顯薄弱層，剛度分布較為合理。

表3 抗倒塌驗算結(jié)果

8 結(jié)構(gòu)加強措施

1)B級高度剪力墻抗震等級定為一級。2)計算中控制墻肢的重力荷載代表值作用下的軸壓比最大為0.41。3)適當加強山墻端部、突出部位轉(zhuǎn)角處節(jié)點構(gòu)造措施：約束邊緣構(gòu)件上延至軸壓比不大于0.3處,相應(yīng)暗柱截面加長，最小配筋率取1.4%和配箍特征值取0.25。4)結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析結(jié)果揭示，結(jié)構(gòu)在性能控制點出現(xiàn)的墻肢破壞主要集中在底部及頂部幾層外圍墻肢上，基本都是長度較短且分布在洞口兩側(cè)的墻肢，而建筑物這種洞口短墻數(shù)量較多，設(shè)計時將適當提高構(gòu)造措施進行加強：加大底部加強區(qū)及頂部三層窗洞附近的短墻截面配筋率、配箍率,短墻最小配筋率取1.2%和配箍特征值取0.15。5)轉(zhuǎn)角窗處是結(jié)構(gòu)相對薄弱的部位，其兩側(cè)的墻肢在中震彈性單向地震力作用下出現(xiàn)拉力，其構(gòu)造加強措施為轉(zhuǎn)角窗兩側(cè)約束邊緣構(gòu)件沿建筑物全高度布置，并在底部加強區(qū)約束邊緣構(gòu)件中增設(shè)型鋼暗柱；與轉(zhuǎn)角窗相接樓板也采取加強措施：樓板取為150 mm厚，鋼筋雙層雙向通長至相鄰板塊，墻肢間樓板內(nèi)增設(shè)暗梁，以增大水平剛度。6)結(jié)構(gòu)南側(cè)部分戶縱墻長度超過8 m，為了減小剛度，在這些墻中間增設(shè)“結(jié)構(gòu)洞”?！敖Y(jié)構(gòu)洞”邊設(shè)置邊緣構(gòu)件，洞頂設(shè)置連梁，洞內(nèi)弱配筋。

9 結(jié)語

本超限項目對抗震性能化設(shè)計所設(shè)定的各項抗震設(shè)防目標，進行了彈性、彈塑性、中震和大震不屈服計算以及小震時程分析，各項指標均滿足規(guī)范要求，各種加強措施保證了結(jié)構(gòu)的安全可靠。并于2012年1月通過了遼寧省初步設(shè)計抗震設(shè)防專項審查。

注：超限文件編制過程中感謝大連建筑設(shè)計研究院有限公司結(jié)構(gòu)首席總工程師王立長和技術(shù)處結(jié)構(gòu)總工程師曲鑫蕃的幫助和指導。

[1] 徐培福.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] 傅學怡.實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[3] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 建質(zhì)[2010]109號，超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點[S].

[5] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[S].

[6] GB 50020—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

Design of A-9 block T5 and T6 tower building structure of Tiandi software garden in Dalian

Li Jun Hu Yuhai Sun Xiaogang

(Dalian Building Design Academy Co., Ltd, Dalian 116021, China)

Taking A-9 block T5 and T6 tower building engineering of Tiandi software garden in Dalian as an example, the paper compares elastic performance and dynamic elastic performance of two kinds of software, carries out an analysis for medium-size elastic and large-size elastic-plastic performance, and carries out structural strength in light of the project characteristics, and finally points out that: the designed anti-seismic structure meet seismic-resisting performance demands.

anti-seismic structure, super high-rise building, elastic-plastic time-history, earthquake

1009-6825(2017)16-0039-02

2017-03-27

李 軍(1975- )，男，高級工程師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

TU352.11

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