超高层办公建筑结构设计分析.pdf
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1、 中国厨卫超高层办公建筑结构设计分析杨 凯(中合一工程设计有限公司,安徽 合肥)摘 要 文章以某超高建筑为例 阐述了其基本情况 结构体系与具体布置 并针对其中的超限情况作出性能分析 确定了具体的设计目标 经过计算 得到该建筑的各项结果都能实现预期性能目标 且完全符合规范要求 其超限审查也顺利过关 同时 针对项目中的设计难点 进行了专项分析处理 为日后设计同类的工程提供参考 关键词 框支剪力墙 超高层建筑 性能化设计中图分类号 收稿日期:作者简介:杨凯(),高级工程师,研究方向为建筑工程。工程概况某商住综合项目包括超高层住宅 栋(楼)、普通多层住宅 栋(楼),另外还有商业裙房与地下车库。该项目的
2、用地面积总计约 万平方米,其建筑面积合计约 万平方米。由于建筑的具体使用要求,再考虑到结构设计的合理性,需要通过设置抗震缝的方式,将整个建筑分为较为规则的多个结构单元。项目中的、楼与、楼,结合下部 层裙房共同组建成多塔结构单元。其中 楼上部设有 层塔楼,均采用标准层高 ,其结构设计高度为。因其高宽比为,属超高结构中的超 级。该项目的基准期设计为 年,场地类别 类,地震分组为第一组,抗震设防类别为标准、烈度为 度。由于高层建筑对风荷载比较敏感,年一遇风压采用的是基本风压为 。在设计其承载力时,选择的是 倍基本风压。将地面粗糙度设定为 类。由于该项目中存在多栋超高层建筑,且其相互间的距离并不远,需
3、对风力相互干扰而产生的群体效应加以考虑。依照荷载规范,该项目中取相互干扰系数为。结构基础设计 基本情况及加强措施由于场地整体呈西低东高走势,需要逐级分台,因此塔楼不设地下室,且存在局部掉层,致使结构出现单侧挡土现象。针对这些情况制定了以下措施。()在所有接地端基顶采用基础梁与结构底板,要求板厚至少为 。()为强化高层塔楼结构中基础的嵌固效果,塔楼均选择桩基础形式。所有超高楼要求塔楼平面四角处的桩基础嵌岩深度至少为 ,且不小于 倍桩径。()将外围地梁截面按 的标准做加大处理,以强化地基对基础形成的约束效果。同时,对基础嵌固的有效性、抗滑移性和抗倾覆性展开分析。计算分析 抗滑移性能验算验算中,对于
4、水平滑力,是以罕遇地震作用标准值为基础,再加上结构挡土侧压力,取的是二者之和。抗滑力,其中的竖向荷载 直接取其恒载值。为了确保安全,基底摩擦系数 取为。经过计算所得结果见表,最终确定结构抗滑移验算结果为安全系数可达。抗倾覆性能验算分别按百年一遇风荷载条件与罕遇地震状态下,展开抗倾覆性能验算。所得结果具体见表。结构在两种情况下的抗倾覆性能均能够符合要求,且基底未见零应力区,确保其拥有足够的安全度。基础嵌固有效性分析选择 软件对结构桩与岩土在水平荷载作用中国厨卫 城市规划与管理 年 期 下的受力特性展开分析。岩、土体材料选择摩尔库伦本构。基础顶点在大震作用下,产生的位移约为 ,其变形程度能够符合结
5、构的基础嵌固要求。依照 计算得到的桩弯矩还有剪力,对桩配筋情况展开计算。表 抗滑移验算结果基底剪力 风荷载作用下罕遇地震作用下结构挡土侧压力 竖向荷载 抗滑力 安全系数 表 最不利条件下抗倾覆验算结果工况倾覆力矩 ()抗倾覆力矩 ()比值 零应力区()向大震()结构布置及超限设计 结构布置楼中除下部 层用作车库外,其余的 层全都是住宅,结构选择的是部分框支剪力墙,结构在第 层设置转换层。框支柱砼强度为,截面尺寸按 或者 进行布置。加大框支柱内钢筋砼芯柱体积,将芯柱截面尺寸设计为 或者 。而转换梁所采用的截面尺寸为从 加大至 。剪力墙的实际长度、厚度则取决于设计强度以及抗侧力刚度,同时还要兼顾楼
6、层上下的刚度比取值,厚度也从 逐步降低至 。结构超限设计规则依照超限高层建筑项目抗震设防性能专项审查技术要点中的相关规定,对楼各项超限内容做出具体设计如下:建筑的 级高度上限为 ,而该工程中,楼建筑结构高为 ,属于 级超高;结构选择为部分框支剪力墙,抗侧力构件有间断;楼、楼、楼、楼通过底部裙房连在一起,形成一体式大底盘多塔结构;底部掉层结构竖向呈现不规则整体,主体高度超限。抗震设计目标、等级与性能依照工程的结构功能、场地条件还有构件重要性,再加上对经济因素的考量,最终将 楼建筑的结构性能等级设定为 级,抗震设计中具体控制标准见表。表 抗震性能设计目标抗震烈度小震中震大震抗震性能目标 级 级 级
7、结构性能水平水准 水准 水准 层间位移角极限构件性能关键构件耗能构件竖向构件楼板底部加强区剪力墙框支梁、框支柱框架梁墙体连梁其它区域剪力墙、柱弹性抗剪弹性,压弯、拉弯不屈服弹性抗剪不屈服允许进入塑性状态不屈服不屈服不屈服不屈服进入塑性形成塑性铰,防倒塌最早进入塑性,允许弯曲形成塑性铰,满足抗剪截面控制要求,破坏可修复,保证生命安全 小震条件下的规范层间位移角极限应该为,对 级超高建筑做适当提升后,设定为;中震条件下对层间位移角极限的要求是变形不超过弹性变形极限的 倍即可,故设定为;大震条件下对层间位移角极限的要求是变形不超过弹性变形极限的 倍,故设定为。针对结构超限的设计措施 计算分析依照结构
8、超限情况还有项目的性能设计目标,计算分析内容包括以下内容。()小震弹性反应谱。选择两种不同力学模型分析程序对超限建筑的空间结构展开计算,并将所得结果相互校核,判断分析结果正确与否。()小震状态下的弹性时程。校核结构中的地震反应,构件的应激内力及产生的位移。将所得结果取均值后,与采用振型分解反应谱法算出的结果相比,取其中的较大值,据此设计后续施工图。()中震及大震状态下的等效弹性反应谱。依照性能目标针对关键构件,譬如框支柱、转换梁以及落地剪力墙的承载力展开验算。对几个部位的结构楼板展开应力验算,具体包括掉层结构中的上接地层楼板、大底盘多塔结构中的裙房屋面楼板还有转换层楼板。()大震状态下的弹塑性
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