呼和浩特市迎和廣場(chǎng)地震學(xué)設(shè)計(jì)

呼和浩特市迎和廣場(chǎng)地震學(xué)設(shè)計(jì)

1下分層建筑平面圖迎和廣場(chǎng)項(xiàng)目位于呼和浩特錫林北路東側(cè)，原內(nèi)蒙古郵局宿舍庭院，南側(cè)為昭陵大學(xué)校，北鄰胡鐵路局辦公室。東側(cè)是一個(gè)集商業(yè)和辦公室于一體的大型公共建筑。地上23層（5層裙子），地下2層，第一和第五樓層商業(yè)裙子，總結(jié)面98.9米，裙子高度27.8米，建筑面積66915米。地下2層為雙層立體停車庫,地下1層~地上5層為商業(yè)、機(jī)房和餐飲,6層~23層為辦公區(qū),建筑效果圖如圖1所示,建筑剖面圖如圖2所示。該建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年,結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),設(shè)防類別為丙類(6層~23層)和乙類(地下1層~地上5層),抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,設(shè)計(jì)地震分組為第一組。2結(jié)構(gòu)體系與計(jì)算的分析2.1地下主副板結(jié)構(gòu)平面布置本工程標(biāo)準(zhǔn)層(6層~23層)采用框架-核心筒結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)平面布置如圖3所示。為有效減小主樓偏心收進(jìn)給裙房帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),并結(jié)合樓梯和電梯間的布置,在地下2層~地上5層主樓的四角位置設(shè)置4個(gè)角筒,其結(jié)構(gòu)平面布置如圖4所示。本工程首層~5層平面尺寸為54m×56.25m,主樓平面尺寸為27m×56.25m,其主樓收進(jìn)尺寸為裙房水平尺寸的50%,超出《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010)的規(guī)定,且本工程為偏心收進(jìn),地震作用下容易引起較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。2.2綜合計(jì)算與分析2.2.1場(chǎng)地震響應(yīng)分析本工程結(jié)構(gòu)總高度98.9m,根據(jù)《呼和浩特市地震安全性評(píng)價(jià)和抗震設(shè)防要求管理辦法》(呼政發(fā)8號(hào)文)的規(guī)定:堅(jiān)硬、中硬場(chǎng)地上80m以上的高層建筑必須進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià),并根據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定的抗震設(shè)防要求進(jìn)行抗震設(shè)防。安全性評(píng)價(jià)報(bào)告提供的場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜取為:式中:Amax為場(chǎng)地地面地震動(dòng)峰值加速度;β(T)為設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度放大系數(shù)反應(yīng)譜;αmax為地震影響系數(shù)最大值。工程場(chǎng)地地表水平向設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度及其反應(yīng)譜參數(shù)見表1。多遇地震安評(píng)譜與規(guī)范譜的比較結(jié)果如圖5所示,水平地震影響系數(shù)在短周期部分安評(píng)譜大于規(guī)范譜,在長(zhǎng)周期部分安評(píng)譜小于規(guī)范譜。圖6為本結(jié)構(gòu)分別在多遇地震安評(píng)譜和規(guī)范譜作用下各層剪力分布,X向和Y向各層剪力安評(píng)譜均大于規(guī)范譜,故本工程采用安評(píng)譜進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。2.2.2結(jié)構(gòu)體系化效應(yīng)為準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),本工程采用SATWE和PMSAP兩種分析軟件進(jìn)行反應(yīng)譜分析,反應(yīng)譜采用安評(píng)譜,主要計(jì)算結(jié)果如表2所示。通過比較兩種軟件計(jì)算結(jié)果可知,SATWE和PMSAP計(jì)算結(jié)果非常接近,且均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010)的要求。計(jì)算結(jié)果表明,由于在首層~5層主樓布置了4個(gè)角筒,有效地減小了偏心收進(jìn)帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),底部五層裙房Y向的樓層最大水平位移與平均位移的比值最大值為1.27,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到較好控制。樓層抗側(cè)剛度比、抗剪承載力及層間位移角分布如圖7~10所示。由圖7和圖8可知:X向和Y向樓層抗側(cè)剛度比值均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010)規(guī)定的不小于0.9的限值,樓層抗剪承載力隨層數(shù)增加逐漸減小,其比值滿足規(guī)范不宜小于0.8的規(guī)定,9層和14層處抗剪承載力發(fā)生變化,是由于此兩層處混凝土柱截面發(fā)生改變所致。分析圖9和圖10可知,在體型收進(jìn)處(6層)樓層抗側(cè)剛度和層間位移角均出現(xiàn)一定程度的變化,但變化程度較小。通過合理布置4個(gè)角筒,調(diào)整角筒的抗側(cè)剛度,減小了由于豎向體型偏心收進(jìn)帶來的層剛度變化的程度,從而減小了由于偏心收進(jìn)引起的不利影響,提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力。依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010),本工程采取以下抗震措施增加體型收進(jìn)部位結(jié)構(gòu)的耗能能力:1)體型收進(jìn)上下各兩層塔樓周邊豎向構(gòu)件抗震等級(jí)提高一級(jí),由一級(jí)提高為特一級(jí);2)加強(qiáng)底部樓層偏心收進(jìn)處下部2層周邊豎向構(gòu)件的構(gòu)造配筋;3)偏心收進(jìn)處樓板板厚取為150mm,雙層雙向配筋,且每層每方向配筋率不小于0.25%。2.3預(yù)應(yīng)力梁撓度的測(cè)定本工程裙房首層~5層結(jié)構(gòu)向外懸挑5.7m,如圖11所示。此懸挑梁若采用普通鋼筋混凝土梁,在正常使用狀態(tài)下很難滿足規(guī)范對(duì)于裂縫和撓度要求,故本工程大跨度懸挑梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁。預(yù)應(yīng)力筋采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,直徑15.2mm,極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa,夾片式錨具,張拉控制應(yīng)力σcon=0.7fptk?？紤]預(yù)應(yīng)力損失和預(yù)應(yīng)力反拱,計(jì)算預(yù)應(yīng)力梁的裂縫和撓度。以北側(cè)第一道懸臂主梁為例,截面尺寸為600×1000,懸挑長(zhǎng)度為5.7m,考慮荷載長(zhǎng)期作用的影響,普通鋼筋混凝土梁撓度值為45mm,大于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)規(guī)定的限值l0/300=5700×2/300=38mm;預(yù)應(yīng)力混凝土梁考慮預(yù)應(yīng)力反拱后的撓度值為35mm,最大裂縫寬度0.07mm,施加預(yù)應(yīng)力后,減小了裂縫寬度和撓度,預(yù)應(yīng)力懸挑梁較好的滿足了規(guī)范的要求。3主樓地基結(jié)構(gòu)模型主樓與裙房高度的差異引起基底反力相差懸殊,主樓區(qū)域最大,其次是裙房區(qū)域,純地下室區(qū)域最小。本工程采用梁板式筏板基礎(chǔ),根據(jù)荷載的大小將基礎(chǔ)劃分為3個(gè)區(qū)域,如圖12基礎(chǔ)分區(qū)圖所示,陰影區(qū)為主樓區(qū)域,主樓四周向外延伸一跨為A區(qū);裙房區(qū)域向純地下室區(qū)延伸一跨為B區(qū);其余區(qū)域?yàn)镃區(qū)。A區(qū)地梁高2.5m,筏板厚度1.2m;B區(qū)地梁高1.6m,筏板厚度0.8m;C區(qū)地梁高1.6m,筏板厚度0.6m。為滿足主樓下筏板的整體撓度及主樓與相鄰裙房框架柱、純地下室框架柱之間差異沉降的要求,主樓及相關(guān)范圍采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)進(jìn)行地基處理,樁身直徑400mm,核心筒及四個(gè)角筒下樁間距為1.2m,主樓下其余區(qū)域樁間距1.4m,樁長(zhǎng)20m,樁端持力層為(7)層粉質(zhì)黏土。B區(qū)和C區(qū)為天然地基,天然地基持力層為(5)層礫砂層,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為300kPa。為增加地下室結(jié)構(gòu)剛度和整體性,使基底反力分布相對(duì)均勻,在4個(gè)角筒與地下室外墻之間設(shè)置4道混凝土墻(深梁),通過應(yīng)用有限元計(jì)算軟件Plaxis3D(2012版),并考慮地基土與結(jié)構(gòu)相互作用,對(duì)本工程的地基變形進(jìn)行數(shù)值分析。其中梁、柱采用3節(jié)點(diǎn)線單元模擬,此單元具有軸向和彎曲剛度;基礎(chǔ)底板、樓板和墻用板單元模擬;地下室外墻與土體接觸部分,通過指定面位移來保證地基基礎(chǔ)沉降的準(zhǔn)確計(jì)算,計(jì)算模型見圖13。基礎(chǔ)沉降計(jì)算結(jié)果如圖14所示,核心筒下最大沉降量計(jì)算值為47.16mm,總沉降變形量的計(jì)算值小于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)規(guī)定的200mm;且差異沉降量的計(jì)算值小于規(guī)范規(guī)定的0.1%L,主樓下筏板整體撓度值不大于規(guī)范規(guī)定的0.05%。4小體型收進(jìn)(1)豎向體型偏心收進(jìn)的高層建筑,可以通過對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置,使豎向抗側(cè)剛度變化趨于平緩,減小體型收