華電集團(tuán)華中總部基地主樓抗震性能設(shè)計(jì)

第卷第8期建筑結(jié)構(gòu)Vol．50No．8年4:19701/j．jzjg．2020.華電集團(tuán)華中總部基地主樓抗震性能設(shè)計(jì)，李，，張，，，，王杰(中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司)摘要］華電集團(tuán)華中總部基地主樓的兩個(gè)塔樓在頂部8層(47～層)連為一體門形復(fù)雜連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)存在樓板不連續(xù)剛度和承載力突變構(gòu)件間斷局部不規(guī)則等5項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)。對(duì)主樓進(jìn)行了抗震性能分析確定了結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能目標(biāo)對(duì)主樓進(jìn)行了小震靜力彈性和彈性時(shí)程分析中震和大震等效彈性分析及大震彈塑性時(shí)程分析重點(diǎn)對(duì)比了單塔模型與整體模型統(tǒng)計(jì)的力學(xué)和變形指標(biāo)的差異加強(qiáng)層及連體桁架屈服情況驗(yàn)算了墻肢受力狀態(tài)并根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)的抗震措施抗震性能達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)C類要求。最后針對(duì)地下室頂板開(kāi)大洞連體層樓板受力性能結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌等做了專門的計(jì)算分析與構(gòu)造設(shè)計(jì)結(jié)果滿足要求。關(guān)鍵詞］超限高層連體結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)彈塑性時(shí)程分析連續(xù)倒塌分析中圖分類號(hào)7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)()引用本文］陳曉強(qiáng)李霆李宏勝等．華電集團(tuán)華中總部基地主樓抗震性能設(shè)計(jì)．建筑結(jié)構(gòu)50(8):，al．．(8)，，，(Co．Ltd．):a8(47～)，a，，，，，，，C，，，;;1年建筑抗震設(shè)防華電集團(tuán)華中總部基地總建筑面積萬(wàn)2，類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)關(guān)鍵構(gòu)件安全等級(jí)為一m其中地上建筑面積萬(wàn)2地下建筑面積9萬(wàn)級(jí)其余構(gòu)件均為二級(jí)。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的方案比選論

mm。24層為車庫(kù)設(shè)備用房及人防工程地上建筑［］證核心筒混合結(jié)構(gòu)體系鋼筋1包括主樓裙樓及附樓三樓通過(guò)防震縫分開(kāi)［］1?；炷梁诵耐?圓鋼管混凝土柱+鋼梁+加強(qiáng)層(伸其中主樓為門形復(fù)雜超限高層連體建筑大屋

臂及腰桁架)+連體巨型跨層桁架(圖45)?？鐚用鏄?biāo)高6m由南北塔樓及頂部8層(桁架共有四榀位于～層(圖35)核心筒～)7m跨連體組成(圖12)連體的上部6層中間區(qū)域樓板開(kāi)洞形成局部中庭(圖3)

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。qq．com。第卷第8期陳曉強(qiáng)等．65圖1項(xiàng)目整體效果圖圖2項(xiàng)目剖面圖圖3主樓層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖4主樓結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成圖5主樓抗側(cè)力體系組成角部及內(nèi)外墻相交處內(nèi)埋型鋼以增加核心筒的延性底部?jī)蓪拥暮诵耐步遣客鈮εc跨層桁架相連的內(nèi)墻等采用鋼板剪力墻提高墻體抗彎及抗剪承載力核心筒內(nèi)樓板為普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板核心筒外采用鋼筋桁架樓承板自下而上圓鋼管混凝土柱直徑由1.2m逐步縮小為0.9m核心筒外墻墻厚由1.0m減小為0.6m內(nèi)墻墻厚由0.6m減小為0.2m。2圖6小震規(guī)范與區(qū)劃圖反應(yīng)譜對(duì)比(阻尼比4%)1主樓抗震設(shè)防烈度6度設(shè)計(jì)基本地震加速度值05g設(shè)計(jì)分組第一組場(chǎng)地類別Ⅲ類。地震動(dòng)參數(shù)按照年版建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(《》—《)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)2［］(簡(jiǎn)稱抗規(guī))及］》—()(簡(jiǎn)稱區(qū)劃圖)取包絡(luò)［3值所示6。1。主要地震動(dòng)參數(shù)表80%5。;)局部不規(guī)則局部有穿層柱因此主樓屬1、T/sαβgmaxmaxζA/gal。max2根據(jù)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)(建質(zhì)號(hào))，主樓大屋面高度6m超過(guò)6度區(qū)混合結(jié)構(gòu)高度限值220m。同時(shí)存在下列不規(guī)則項(xiàng)1)樓板不連續(xù)2層～層開(kāi)洞面積大于30%2)剛度突變層層、～47層為薄弱層其中小于70%3)構(gòu)件間斷層層為加強(qiáng)層高位4)承載力突變1層抗剪承力小于2層的年63%()357年10%()2%()55年注，為水平地震影響系數(shù)最大值，為地αβTgmaxmax，ζ，A。max根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(3—)(簡(jiǎn)稱高規(guī))，主樓抗震性能目標(biāo)定為［4C級(jí)。2。建筑結(jié)構(gòu)年66結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能水準(zhǔn)表結(jié)構(gòu)主要振型與周期表231/5341/2671/134振型/s(XY)(XY)/s11()7()底部加強(qiáng)區(qū)(1～6層)23()5()、混凝土受壓損傷連體跨層桁按中震彈性因子及鋼筋塑性39()2()架高度范圍驗(yàn)算基本處應(yīng)變比小于輕度及相鄰上損壞限值滿足抗、下層核心筒其他部位核心筒外圈剪正截面不屈混凝土受壓損傷因子及鋼筋塑性受剪承載應(yīng)變比小于輕度鋼管混凝土損壞限值滿足抗連體跨層鋼弦桿中震不屈服斜腹桿斜腹桿及弦桿不混凝土受壓損傷除關(guān)鍵構(gòu)件正截面不屈因子及鋼筋塑性外核心筒受剪承載應(yīng)變比小于中度損壞限值滿足抗圖7小震作用下結(jié)構(gòu)層間位移角曲線伸臂桁架斜腹桿不屈曲且不進(jìn)入伸臂桁架及塑形其余構(gòu)件允許部分屈服但鋼材塑性應(yīng)變比小混凝土受壓損傷滿足抗剪截因子及鋼筋塑性應(yīng)變比小于比較支承樓面鋼次梁的核心滿足抗剪截面控制條件抗剪截面不屈服鋼材塑性應(yīng)變比小于中度滿足抗剪截面控制條件，抗剪截面不允許構(gòu)件進(jìn)入塑鋼材塑性應(yīng)變比小于中度損壞圖8框架剪力分擔(dān)率及層剪力與基底剪力比分分配的樓層剪力多數(shù)不低3于基底剪力的8%其中最大1值為22%，最小值為以作為主算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析及44%(圖8)，滿足超限高層配筋采用進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)對(duì)比建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查分析。技術(shù)要點(diǎn)(建質(zhì)。兩個(gè)軟件計(jì)算的振型周期層間位移角框架號(hào))。(表3圖7圖8)扭轉(zhuǎn)周主樓為連體結(jié)構(gòu)為進(jìn)一期比均約為71＜0.85(表3)，滿足要求小震下層步了解地震下結(jié)構(gòu)整體性能，間位移角均滿足要求(圖7)最小剪重比X向?qū)⑵鋭澐譃閮蓚€(gè)單塔模型(圖84%＞0.81%Y向＞0.84%滿足規(guī)范要求9)，分別統(tǒng)計(jì)兩個(gè)單塔模型的圖9結(jié)構(gòu)劃分單塔除底部個(gè)別樓層加強(qiáng)層及其相鄰上下層外最大層間位移角最大層位移示意圖第卷第8期陳曉強(qiáng)等．67比及最大層間位移比并與整體模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明按單塔模型計(jì)算的最大層間位移角最大層位移比及最大層間位移比與按整體模型計(jì)算的結(jié)果基本一致這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)左右對(duì)稱地震下單塔振動(dòng)與整體結(jié)構(gòu)振動(dòng)基本。單塔模型與整體模型指標(biāo)對(duì)比表4()塔塔1∶1/1()2∶1/1()1/1()X向()塔1∶(1)塔2∶(1)(1)圖樓層剪力調(diào)整()()塔1∶(1)塔2∶(1)塔1∶1/2()塔2∶1/2()(1)1/2()等效彈性分析參數(shù)調(diào)整表/s5Y向()塔1∶()塔2∶(1)(1)()塔1∶()塔2∶(1)(1)00小震靜力彈性計(jì)算結(jié)果表明部分樓層(26，364546層)側(cè)向剛度比不滿足要求按薄弱層其余指標(biāo)如扭轉(zhuǎn)周期比剪重比抗傾覆及整體穩(wěn)定層間位移角位移比等均處于彈性狀態(tài)。1。27。結(jié)果表明法計(jì)算7的平均值。因此構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)小震彈性時(shí)程分析的樓層剪力對(duì)法計(jì)算的樓層剪力進(jìn)行調(diào)整710。3中震波進(jìn)行大震彈塑性時(shí)程分析。采用軟件進(jìn)行等效彈性分析計(jì)算時(shí)［5－6］將主CSEPA建筑動(dòng)力彈塑性分析前后處理軟件對(duì)特征周期等參數(shù)按高規(guī)進(jìn)行了調(diào)整(表5)算軟件中設(shè)計(jì)信息尤其是構(gòu)件設(shè)計(jì)配筋。中震圖1/4891/134滿足要求各類構(gòu)件截面承載大震性能水準(zhǔn)要求以墻肢為例，結(jié)果見(jiàn)圖11圖核心筒少部分墻肢中震拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值主要位于底部1～2層和上部～54層的核心筒角部外墻在其兩端布置型鋼來(lái)承擔(dān)地震作用下墻肢拉力大震時(shí)墻肢剪壓比見(jiàn)圖12其中剪壓比較大的墻肢分布見(jiàn)圖13由可見(jiàn)大震時(shí)墻肢剪壓比均滿足要求大震等效彈性分析只控制構(gòu)件抗剪截面構(gòu)件抗彎承載力利。4圖墻肢中震彈性驗(yàn)算圖大震下墻肢剪壓比圖)建筑結(jié)構(gòu)年68信息讀入軟件中進(jìn)行大震彈塑性時(shí)程分鋼板的最大塑性應(yīng)變?yōu)椋?塑性應(yīng)變比為856×10析及結(jié)果提取分析。時(shí)程分析之前先進(jìn)行施工模13故這些與跨層桁架相連的核心筒擬分析最后一步施工模擬完畢后內(nèi)墻總體能滿足預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。的活荷載施加到結(jié)構(gòu)上以此時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)作為結(jié)桁架斜腹桿相交處的鋼管混凝土柱混凝土最大受構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析的初始狀態(tài)。壓損傷因子為387小于425(混凝土輕度例初始狀態(tài)下桿件最大應(yīng)力為206MPa均處于彈損壞限值)，最大塑性應(yīng)變?yōu)椋?鋼材塑性623×10性狀態(tài)(圖14)為8其余鋼管塑性應(yīng)變均為0鋼混凝γ。p土管柱處于輕微損壞狀態(tài)滿足預(yù)期的二道防線。圖跨層桁架時(shí)程分析前結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)/Pa結(jié)果表明(圖15)，大震作用下X向最大層間位移角為1/154Y向最大層間位移角為1/267小于規(guī)范限值1/134。各條波在彈塑性與彈性分析下的層間位移角曲線變化形式基本一致彈塑性層間位移角基本比彈性層間位移角大由于大震作用下圖天然波作用下核心筒剪力墻受壓損傷及結(jié)構(gòu)X向的損傷比較嚴(yán)重因此結(jié)構(gòu)X向的彈塑性鋼框架塑性應(yīng)變?cè)茍D。加強(qiáng)層伸臂桁架塑性應(yīng)變?yōu)?處于彈性狀態(tài)，腰桁架個(gè)別斜腹桿進(jìn)入塑性最大塑性應(yīng)變?yōu)?61×10－4為輕微損壞(圖17)跨層桁架的弦桿和腹桿均未發(fā)生屈曲失穩(wěn)且處于彈性狀態(tài)。因此，。圖天然波作用下層間位移角曲線天然波作用下核心筒剪力墻受壓損傷圖天然作用下腰桁架及伸臂桁架塑性應(yīng)變?cè)茍D及鋼框架塑性應(yīng)變?cè)茍D如圖所示。核心筒墻肢大部分發(fā)生輕微損傷底部加強(qiáng)區(qū)核心筒剪力墻少4部分發(fā)生輕度損傷連體層個(gè)別與跨層桁架層相連1的核心筒內(nèi)墻發(fā)生中度損壞混凝土柱大部分完好少量發(fā)生輕微損壞沉廣場(chǎng)(圖18)。2mY向最X向最大尺寸架柱發(fā)生輕度損壞。其中層層與跨層桁架大尺寸1m。地下室頂板開(kāi)大洞后地震作用下［］7層相連的核心筒內(nèi)墻局部混凝土受壓損傷因子南北塔樓基底剪力在此頂板處傳遞受到影響。為最大為494達(dá)到中度損壞這些核心筒內(nèi)墻內(nèi)置保證洞口處頂板不被剪壞塔樓地震剪力能有效傳第卷第8期陳曉強(qiáng)等．69板設(shè)置后澆帶(圖20)，減小跨層桁架弦桿附近樓板的剪切變形。圖正常使用狀態(tài)下層樓板剪應(yīng)力云圖/Pa圖南北塔樓間地下室頂板開(kāi)洞抗剪驗(yàn)算示意圖遞。取大震等效彈性計(jì)算的單塔樓基底剪力值V=f374kN依據(jù)抗規(guī)附錄E公式(E．2)進(jìn)行驗(yàn)算驗(yàn)算時(shí)頂板僅考慮塔樓外擴(kuò)一跨。如圖所示由左右側(cè)頂板的剪力及前后Vf端頂板的拉壓應(yīng)力共同平衡偏安全考慮假設(shè)Vf僅由左右側(cè)頂板的剪應(yīng)力平衡則洞口周邊區(qū)域頂圖層樓板后澆帶設(shè)置板的控制截面(550mm+22b)f其次對(duì)連體層樓板進(jìn)行了大震下彈塑性有限元分析。結(jié)果表明層樓板損傷較為嚴(yán)重最大5V。f根據(jù)抗規(guī)公式(E．2)，并結(jié)合高規(guī)公式(圖21)，主要位于連體跨層桁架()(大震不屈服)驗(yàn)算洞口邊頂板(

斜腹桿附近。大震作用下跨層桁架斜腹桿主要承混凝土)抗剪承載力需滿足下式:受較大反復(fù)的拉壓荷載與桁架斜腹桿相連的樓板1×8×(+150)(1)承受較大的反復(fù)拉壓應(yīng)力從而造成較為嚴(yán)重的損

×b＞5Vff傷。b＞7mm。f。設(shè)計(jì)時(shí)洞口附近區(qū)域頂板厚度加大到雙層雙向配筋每層每個(gè)方向的配筋率不小于3%。2連體跨層桁架所在樓層的樓板對(duì)地震作用下樓層的整體性跨層桁架的穩(wěn)定性至關(guān)重要。連體跨層桁架上下弦所在樓層的樓板厚度為圖大震下連體層樓板受壓損傷云圖150mm中間層板厚120mm均雙層雙向配筋配筋率不小于對(duì)于連體跨層桁架所在層樓板大震下允許發(fā)0.25%。首先基于樓板真實(shí)配筋對(duì)連體層樓板進(jìn)行

生一定程度的損壞但應(yīng)保證其仍具有較大面內(nèi)剛度能有效傳遞水平力確保結(jié)構(gòu)整體性。為此在分析。連體跨層桁架上弦附近樓板損傷

連體跨層桁架底部和頂部樓層(即層層)樓最大最大剪應(yīng)力達(dá)到967MPa(圖19)。主要原板設(shè)置平面內(nèi)的交叉水平拉桿。跨層桁架上弦桿受力大變形大，計(jì)算結(jié)果表明大震下拉桿基本處于彈性狀態(tài)拉桿輕微損壞(圖22)。與上弦桿及普通樓面梁直接連接的相鄰樓3板分別與上弦桿及普通樓面梁同步變形對(duì)主樓采用高規(guī)節(jié)中拆除構(gòu)件法進(jìn)行抗生了較大的變形差進(jìn)而引起樓板產(chǎn)生較大的剪切連續(xù)倒塌分析。對(duì)塔樓考慮底部外框柱失效變形剪切應(yīng)力導(dǎo)致該區(qū)域樓板損傷最大。拆除了底層一根角柱和一根邊柱驗(yàn)算恒載作用下正常豎向荷載作用下樓板產(chǎn)生較大損傷連體層樓剩余構(gòu)件的承載力及結(jié)構(gòu)整體變形。建筑結(jié)構(gòu)年704本項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)超限審查主要專家意見(jiàn)及落。(1)補(bǔ)充連體樓板在小震下的應(yīng)力分析補(bǔ)充分析了連體樓板在小震下的應(yīng)力經(jīng)復(fù)核力不起控制作用。圖大震下連體層水平拉桿塑性應(yīng)變?cè)茍D(2)補(bǔ)充驗(yàn)算在連體未形成前兩個(gè)獨(dú)立塔樓各自在施工階段的穩(wěn)定性必要時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)保證

柱為例拆除底層邊柱3后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形對(duì)單塔樓進(jìn)行線性屈曲分析及非線性穩(wěn)定分

見(jiàn)圖23結(jié)構(gòu)的最大撓度為88mm拆除底層邊柱析施工活荷載按每層2考慮隔墻及樓面3后相鄰鋼管混凝土柱抗剪及抗彎承載力驗(yàn)算見(jiàn)5kN/m裝修荷載考慮50%結(jié)果表明施工階段單塔整體

表6結(jié)果均滿足要求。對(duì)跨層桁架分別拆除一根弦桿和一根斜腹桿驗(yàn)算恒載作用下剩余構(gòu)件。(3)主塔樓應(yīng)設(shè)置專用強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施在本

的承載力及結(jié)構(gòu)整體變形以拆除斜腹桿為例拆工程實(shí)施過(guò)程中由建設(shè)單位委托專業(yè)單位進(jìn)行強(qiáng)

除后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形示意圖見(jiàn)圖24結(jié)構(gòu)最大撓度89mm。綜上所述結(jié)構(gòu)滿足抗連續(xù)倒塌設(shè)。5計(jì)要求。(1)小震時(shí)與計(jì)算結(jié)果吻合學(xué)和變形指標(biāo)與整體指標(biāo)基本一致說(shuō)明本結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱地震下單塔振動(dòng)與整體振動(dòng)基本同步。(2)中震時(shí)結(jié)構(gòu)變形及承載力均滿足要求核心筒少部分墻肢拉應(yīng)力超過(guò)限值增設(shè)型鋼承擔(dān)地大震時(shí)墻肢剪壓比均滿足要求部分樓層核心筒Y向兩端墻肢的剪壓比較大接近。(3)彈塑性分析結(jié)果表明大震下核心筒底部少量墻肢發(fā)生輕度損傷與跨層桁架相連的個(gè)別內(nèi)圖拆除底層邊柱后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形示意圖鋼管柱絕大部分保持彈性層桁架斜腹桿相連處發(fā)生輕微損傷跨層桁架構(gòu)件均處于彈性狀態(tài)。因此。(4)分析結(jié)果表明連體跨層桁架弦桿附近的為減輕這些樓板損傷同時(shí)這些板下增設(shè)交叉水平拉桿。圖跨層桁架拆除斜腹桿后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形圖(5)分別拆除底層邊柱角柱以及跨層桁架斜腹桿進(jìn)行連續(xù)倒塌分析底層邊柱拆除后相鄰柱承載力驗(yàn)算表6。XY參考文獻(xiàn)Ｒ/kNS/kNＲ/kNS/kNdddd結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．建筑結(jié)構(gòu)(8):—S．［］年版．2］建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:北京中國(guó)建筑工業(yè)出版社，36612113121］陳曉強(qiáng)李霆李宏勝等．華電集團(tuán)華中總部基地:Ｒd，Sd。(下轉(zhuǎn)第頁(yè))建筑結(jié)構(gòu)年565611兩者節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋及型(1)6度區(qū)超高層結(jié)構(gòu)體系中圓鋼管(方鋼鋼塑性應(yīng)變均為0節(jié)點(diǎn)區(qū)完好處于彈性狀態(tài)見(jiàn)管)混凝土柱+鋼梁+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系造圖30%15。。所示從圖中(2)對(duì)于剛重比剪重比控制的長(zhǎng)周期超高層可以看出偏心節(jié)點(diǎn)和不偏心節(jié)點(diǎn)的樓板均能夠與建筑。梁柱共同作用(3)梁柱大偏心節(jié)點(diǎn)可以滿足節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪。5MPa承載力要求且柱截面應(yīng)力分布可以滿足平截面假定。節(jié)點(diǎn)區(qū)梁柱的混凝土應(yīng)力相差不大偏心節(jié)點(diǎn)

9MPa。用。參考文獻(xiàn)1］高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程