淺談150m左右高層住宅結構方案分析

1、淺談150m左右高層住宅結構方案分析 摘要中海金沙里項目采用疏墻布置方案，結構抗側(cè)剛度要求較高，需盡量利用建筑條件設置較大尺度的聯(lián)肢剪力墻；同時為保證合理的抗扭剛度，沿建筑周邊布置的墻肢和由翼緣或端柱形成的框架也是不可缺少的。本文針對該結構體系進行了抗震性能設計，通過靜力彈性分析、靜力彈性時程分析及大震靜力彈塑性推覆分析驗證了該方案的可行性。 關鍵字 超高層 彈性時程分析 推覆分析 經(jīng)濟性 1工程概況 本項目位于佛山市南海區(qū)里水鎮(zhèn)?？傆玫孛娣e約6.7萬m2。總建筑面積約32.6萬m2，其中地上建筑面積25.6萬m2，地下建筑面積約7萬m2。該項目由10#塔樓組成，其中5#0.00以上高度分別為

2、142.9m，因高度為b級高度需進行超限分析；5#樓地下2層，地上48層、兩向高寬比分別為3.78、3.70、首層為架空層，局部設一層商業(yè)，層高6.6m，2層以上住宅層高2.9m。地下室為機動車車庫和設備用房，負二層局部為人防區(qū)，核6級常6級。建筑效果圖、立面圖、總平面圖和典型建筑平面圖分別詳見圖12。 該項目設計使用年限為50年，建筑安全等級為二級，抗震設防烈度為7度，地震加速度為0.1g，建筑場地類別為二類，設防地震分組為第一組，特征周期為0.35s，抗震設防類別為丙類。 2結構方案及平面布置 由于結構高度達143m且采用疏墻布置方案，結構抗側(cè)剛度要求較高，需盡量利用建筑條件設置較大尺度的

3、聯(lián)肢剪力墻；同時為保證合理的抗扭剛度，沿建筑周邊布置的墻肢和由翼緣或端柱形成的框架也是不可缺少的，如圖3所示。具體分析如下： （1） 抗側(cè)剛度體系：利用連梁與剪力墻墻肢平面內(nèi)、翼緣和端柱的剛性連接有效傳遞水平剪力，將各片分散的剪力墻聯(lián)系成為一整體受力的聯(lián)肢墻，其尺度可達到建筑平面體量的全寬或大半寬度，成為貢獻結構抗側(cè)剛度的主干骨架，可以較少的剪力墻數(shù)達到相應的抗側(cè)剛度。 （2） 抗扭剛度體系：建筑物周邊離扭轉(zhuǎn)中心最遠，因此布置抗側(cè)構件對抗扭剛度的貢獻最大，在不影響建筑功能及立面的前提下，盡可能布置墻肢或翼緣或端柱并用盡可能高的梁進行剛性連接，從而形成盡可能剛的抗扭體系，以滿足規(guī)范對結構抗扭剛度

4、方面的要求。 （3） 豎向承載體系：豎向荷載通過梁板等水平樓蓋構件傳遞至剪力墻豎向構件，上述（1）（2）的抗側(cè)力剪力墻同時也是承受豎向荷載的構件，除此以外其余剪力墻則以承受豎向荷載為主，主要起到方便梁系搭設和減小跨度的作用，并按自身剛度分擔部分水平荷載。 3 結構超限情況及應對措施 項目的建筑高度為143m，為b級高度、平面凹凸不規(guī)則、樓板大開洞等2.5項一般不規(guī)則，綜合評價為b級高度不屬于體型特別不規(guī)則的建筑，針對上述超限情況，采取了如下措施： 分別采用satwe和盈建科yjk建筑結構設計軟件兩個不同力學模型的空間結構分析程序進行對比計算，判斷結構計算模型的合理性。取規(guī)范反應譜和安評反應譜兩

5、者的不利值作為小震計算分析的參數(shù)。選取地震安全性評價報告所提供的2組場地人工地震波和5組實際地震記錄波對結構作小震作用下的彈性時程分析，取其平均值與cqc法兩者間的大者用于構件設計。按照廣東省高規(guī)采用抗震性能設計，通過對結構進行小震、中震和大震作用下的計算分析，保證結構能達到性能c的抗震性能目標。罕遇地震作用下，采用pkpm的pushover軟件進行靜力彈塑性分析，驗證結構能否滿足大震階段的抗震性能目標，并尋找薄弱樓層與薄弱構件，對薄弱部位制定相應的加強措施。 根據(jù)結構強度提高延性可相應降低的原理，按照廣東省高規(guī)第3.11.3條，當結構抗震性能目標定為c，即預估罕遇地震對應第4水準時，結構的抗

6、震等級不宜低于二級。本工程底部加強部位及非加強部位剪力墻取一級。根據(jù)性能分析的結果，適當加強部分剪力墻的構造配筋?；谛阅艿慕Y構抗震設計思路，對結構進行性能設計，各結構構件的性能目標詳表1. 4 小震彈性計算 采用中國建筑科學研究院編制的satwe軟件進行彈性整體計算分析；并用盈建科yjk建筑結構設計軟件進行校核對比分析。計算模型的基本假定及主要輸入?yún)?shù)見表2。主要計算結果詳見表3。 兩個軟件的計算結果基本接近，表明計算模型是基本準確的，計算結果是合理、有效的，可以作為設計依據(jù)?；准糁乇劝凑諒V東省高規(guī)的方法調(diào)整放大，結構層間位移角滿足要求，扭轉(zhuǎn)位移比未超過1.35屬于類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，樓層側(cè)向剛

7、度比、樓層受剪承載力比滿足要求，剛重比大于1.4，小大于2.7，需考慮重力二階效應。 根據(jù)高層建筑混凝土結構技術規(guī)程本工程需采用彈性時程分析方法進行多遇地震下的補充計算，主要對計算的底部剪力、樓層剪力和層間位移角進行比較，當時程分析結果大于振型分解反應譜法分析結果時，相關部位的構件內(nèi)力和配筋作相應的調(diào)整。 時程作用下的結構底部剪力與規(guī)范反應譜作用下的底部剪力對比見表4，可見每條波的底部剪力均不小于反應譜法的65%且不大于135%，7條波的底部剪力平均值不小于反應譜法的80%且不大于120%，滿足省高規(guī)的要求。由層剪力曲線及層間位移角曲線對比可知，各棟在地震波時程分析中除少數(shù)樓層外平均值均小于c

8、qc法。 以上考慮小震組合的彈性計算分析結果表明，本工程的各項整體計算指標、和各構件的強度及變形等均能滿足規(guī)范要求， 5 大震彈塑性分析 本工程高度為143m小于150m，需要進行靜力彈塑性分析。本項目采用epda軟件進行靜力彈塑性推覆分析，對結構整體進行性能評估，考察結構的最大彈塑性層間位移角是否滿足所設定的目標要求。主要是為了發(fā)現(xiàn)結構在強震下的潛在破壞機制，找出相應的薄弱環(huán)節(jié)，從而可對薄弱環(huán)節(jié)進行相應加強，使整體結構達到預定的性能目標。pushover分析所得的需求能力譜曲線見圖5。 pushover分析主要整體指標詳見表6，可見最大彈塑性層間位移角滿足小于1/120的預設目標。因此罕遇地震作用下結構的彈塑性層間位移角能滿足設定要求。 6結論 結合實際情況，本項目采用疏墻布置方案，需盡量利用建筑條件設置較大尺度的聯(lián)肢剪力墻以保證結構抗側(cè)剛度要求；為保證合理的抗扭剛度，沿建筑周邊布置的墻肢和由翼緣或端柱形成的框架，經(jīng)過小震彈性靜力分析、彈性時程分析以及大震靜力彈塑性分析表明該方案可以滿足結構的各項性能目標要求。同時取得了較好的經(jīng)濟性效果： 本項目最終通過了抗震超限專家審查及施工圖審查，經(jīng)濟指標也滿足業(yè)主方的