武汉某超限高层住宅楼结构设计_陈志军.pdf
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1、第 53 卷 第 13 期2023 年 7 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.13Jul.2023DOI:10.19701/j.jzjg.20210274 第第一一作作者者:陈志军,硕士,高级工程师,一级注册结构工程师,主要从事复杂高层结构设计,441054277 。武汉某超限高层住宅楼结构设计陈志军1,杨 为2,彭 宁2,任 峰2(1 中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063;2 中信建筑设计研究总院有限公司,武汉 430014)摘要:武汉某超限高层住宅楼结构高度 164.5m,结构体系为剪力墙结构。主体结构为高度超限且存在凹凸不规则、个别构
2、件转换的一般不规则项工程。通过合理的结构布置,根据建筑功能、各构件的重要性设定合适的抗震性能目标,采用 YJK、MIDAS Building、SAUSAGE 软件分别对不同性能水准地震作用进行计算分析。建立大震下弹塑性时程分析,发现结构的薄弱部位、薄弱构件,同时提出相应的设计加强措施。分析结果表明,结构各项指标均符合抗震设防要求,主体结构达到抗震性能目标 C-级的要求。关键词:超限高层;剪力墙结构;抗震性能设计;弹塑性时程分析 中图分类号:TU973.3 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)13-0097-07引用本文 陈志军,杨为,彭宁,等.武汉某超限高层住宅楼结构设计J.
3、建筑结构,2023,53(13):97-103.CHEN Zhijun,YANG Wei,PENG Ning,et al.Structural design of an out-of-code high-rise residential building in WuhanJ.Building Structure,2023,53(13):97-103.Structural design of an out-of-code high-rise residential building in Wuhan CHEN Zhijun1,YANG Wei2,PENG Ning2,REN Feng2(1 Ch
4、ina Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan 430063,China;2 CITIC General Institute of Architectural Design and Research Co.,Ltd.,Wuhan 430014,China)Abstract:The structural height of an out-of-code high-rise residential building in Wuhan is 164.5m,and the structural system is shear wall
5、 structure.The main structure is a general irregular project with height overrun,concave convex irregularity and individual component conversion.According to the architectural function,the importance of each component and reasonable structure layout to set appropriate seismic performance goals,while
6、 the YJK,MIDAS Building,SAUSAGE software were used to calculate and analyze the seismic action of different performance levels.Elastic-plastic time history analysis that under rare earthquake was carried out to found the weak parts and components of the structure,while putting forward the correspond
7、ing design strengthen measures.The analysis results show that all indexes of the structure meet the requirements of seismic fortification,and the main structure attains the requirements of C-level seismic performance target.Keywords:out-of-code high-rise building;shear wall structure;performance-bas
8、ed seismic design;elastic-plastic time history analysis 1工程概况 本项目位于湖北省武汉市,工程总规划用地面积 19 426m2,总建筑面积 77 551m2,其中地上建筑面积 54 174m2,地下建筑面积 23 377m2,容积率 2.69。项目主体由一栋超高层住宅主楼、一栋多层商业楼和一栋单层垃圾房组成,各单体均独立设置。本文对超高层住宅主楼(图 1)进行研究,其地上建筑面积约 42 676m2,地上共 58 层(含大屋面以上 4 层构架),首层为物业用房及商铺,层高为5.4m,其余各层层高均为 3.0m。16、32、48 层为避难
9、层,其余各楼层均为住宅。建筑主体结构高度164.5m,屋顶构架最大高度为 177.4m,主楼高宽比8.0。地下两层,主要功能为地下车库和设备用房,地下 1 层层高 5.15m,地下 2 层层高 3.70m。主体结构设计使用年限 50 年,建筑结构安全等级二级,建筑抗震设防类别为标准设防类(丙类),地基基础设计等级甲级,建筑物耐火等级一级,地下室防水等级一级。拟建场地抗震设防烈度为 6 度,地震峰值加速度为 0.05g,设计地震分组为第一组,特征周期 Tg=0.35s,类场地,中软土。地面粗糙 度 类 别 为 C 类,50 年 一 遇 基 本 风 压 为0.35kN/m2,承载力设计时风荷载效应
10、放大系数取1.1,考虑风力相互干扰群体效应后的风荷载体型系数1取 1.54。50 年一遇基本雪压为 0.50kN/m2,混建 筑 结 构2023 年图 1 项目建筑效果图凝土材料阻尼比为 5%。2结构设计2.1 结构选型 根据建筑场地的形状、建筑功能,标准层平面为对称的 V 字形,夹角为 122,对称轴两侧结构平面最大尺寸均为 30.9m(外侧边长)17.15m(端部宽度),采用钢筋混凝土剪力墙结构体系,地下室顶板为结构嵌固端。地下 12 层剪力墙厚度为 400500mm,地上剪力墙厚度由首层 350 450mm 渐变至 54 层的 200300mm,5558 层采用框架结构,根据计算需要在
11、V 形凹角部位设置端柱。地下室顶板厚度为 180mm,对 V 形凹角部位连廊楼板厚度取300mm,电 梯、楼 梯 间 附 近 楼 板 及 屋 面 板 厚 取120mm,其余楼板按板跨及计算确定且最小板厚取100mm。标准层结构平面见图 2。图 2 标准层结构平面根据建筑功能的变化并结合竖向构件的布置,51 层存在局部转换的情况,局部转换部位及其上层结构模型如图 3 所示。地下 2 层 地上 8 层墙柱混凝土强度等级为图 3 51 层局部转换部位及其上层结构模型C60,梁板混凝土强度等级为 C40;958 层从下至上墙柱混凝土强度等级由 C55 逐级递减为 C30,梁板混凝土强度等级由 C40
12、逐级递减为 C30。地下 1 层及以上各层剪力墙抗震等级为二级,地下 2 层剪力墙抗震等级为三级。2.2 基础设计 根据地勘报告,结合上部结构形式、经济指标、施工工期等因素,本工程采用后注浆钻孔灌注桩-筏板基础。采用桩端、桩侧复式注浆,桩径 1 000mm,桩身混凝土强度等级 C40,有效桩长 29m,单桩承载力特征值 7 700kN,桩端持力层为中风化泥岩,筏板厚度 2.5m。2.3 结构超限判断 根据超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(建质201567 号)2(简称审查技术要点)及相关国家规范对结构不规则性进行检查,6 度(0.05g)剪力墙结构非超限建筑高度限值为 140m,本工程
13、主体结构高度 164.5m,属于高度超限建筑。另外,本工程存在凹凸不规则、个别构件转换的一般不规则项。2.4 计算模型及分析软件结构采用 YJK(1.9.3.1)和 MIDAS Building(2016 版)软件进行对比校核计算,计算模型考虑扭转耦联的振型分解反应谱法,并考虑重力二阶效应、偶然偏心、双向地震作用的影响。采用 YJK 软件进行小震弹性时程分析的补充计算以及中、大震等效弹性的分析。大震作用下,采用 SAUSAGE(2019 版)软件进行动力弹塑性时程分析,根据构件的实际承载力发现结构的薄弱部位,并观察结构大震作用下的塑性损伤发展过程。3超限分析3.1 抗震性能设计目标 结构抗震性
14、能目标按照高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 32010)3(简称高规)第 3.11 节执行,综合参考设防烈度、建筑功能重要性和业主要求,设定本工程结构抗震性能目标为 C-级。不同89第 53 卷 第 13 期陈志军,等.武汉某超限高层住宅楼结构设计 表 1 构件抗震性能目标地震水准小震中震大震性能水准135层间位移角限值1/8751/4381/133性能水准描述完好轻度损坏较严重损坏关键构件底部加强区墙肢、框架柱、对称轴处Y 形墙肢、框架柱、51层托梁及相关构件弹性抗弯不屈服、抗剪弹性受剪截面满足要求普通竖向构件非底部加强区墙肢、框架柱弹性抗弯不屈服、抗剪弹性允许进入屈服耗能构件连梁、框架梁
15、弹性抗剪不屈服、抗弯可屈服允许破坏地震水准下各构件的性能目标见表 1。3.2 小震分析3.2.1 小震反应谱分析YJK 与 MIDAS Building 小震下整体计算结果见表 2。经对比分析,两种软件计算的结构周期、基底剪力、倾覆力矩、位移比、剪重比等主要技术指标均吻合较好,论证了计算结果的真实可靠。从计算结果可以看出,结构具有良好的抗侧刚度,各项指标均满足规范的要求。表 2 整体计算结果计算软件YJKMIDAS Building结构总质量/t74 214.875 249.9周期/sT14.3964.446T23.9053.884T32.9243.035T3/T10.670.68基底剪力/k
16、NX 向5 5225 612Y 向5 0565 079倾覆力矩/(kNm)X 向579 305592 654Y 向496 422506 953剪重比/%X 向0.630.61Y 向0.620.60质量参与系数/%X 向98.592.5Y 向97.892.4风荷载下最大层间位移角max(楼层)X 向1/2 676(29 层)1/2 969(29 层)Y 向1/1 068(44 层)1/1 079(43 层)地震下最大层间位移角max(楼层)X 向1/2 334(30 层)1/2 486(29 层)Y 向1/2 133(46 层)1/2 231(45 层)最大位移比X 向1.201.25Y 向1.
17、171.233.2.2 小震弹性时程分析根据建筑抗震设计规范(GB 500112010)(2016 年版)4(简称抗规)的规定,结构需要进行小震弹性时程分析作为补充计算。设计时,根据地震烈度、特征周期选取 2 条人工波、5 条天然波进行动力时程分析。时程分析考虑双向地震作用,其中主方向地震波峰值加速度取值 18gal,次方向地震波峰值加速度取 15.3gal,阻尼比为 0.05,各组地震波时程分析得到基底剪力与 CQC 法计算结果对比见表 3,其中比值为弹性时程分析结果与 CQC 法分析结果的比值。表 3 小震弹性时程分析基底剪力计算结果工况X 向Y 向基底剪力/kN比值/%基底剪力/kN比值
18、/%CQC 法5 522.025 056.32弹性时程分析天然波14 840.17884 389.1087天然波24 325.25783 971.9879天然波34 262.01774 602.2591天然波44 379.02794 529.5390天然波54 518.45824 001.8379人工波15 099.15925 148.07102人工波24 613.32844 999.5499平均值4 576.77834 520.3389由表 3 可知,结构 X、Y 向时程分析得到的基底剪力平均值及最小值均满足高规第 4.3.5 条规定;7条地震波时程曲线计算所得楼层剪力、楼层弯矩、层间位移角
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