广州广晟国际大厦超限设计介绍.docx
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1、广州广晟国际大厦超限设计介绍一、 工程概况广晟国际大厦项目位于广州珠江新城,东临规划路,南临广东烟草大厦,西临珠江大道。总建筑面积约154053。本工程设6层地下室,均用作机动车库及设备用房(地下6层为人防地下室),地下室底板面标高为-22.60米;地面以上为59层,其中首层6层为商务办公及餐厅,13、29、45层为避难层,30层为设备层,其余各层均作办公用途。本工程地面以上高度为264.75米,最大高宽比为5.63,其立面效果见图1。二、 结构特点1、 高度超限从室外地面算起,至屋面的高度为264.75米,至小塔楼面的高度为312米,超过了B级高度建筑180m的最大适用高度。但其它指标和项目
2、均不在超限之列。2、 采用普通钢筋混凝土的结构类型由于建筑物本身有利的体型特点,采用常规的钢筋混凝土结构即可解决问题,而不需采取钢结构、钢混凝土组合结构等超高层常用的类型。但由于采用钢筋混凝土,结构自重较大,周期较长。按SATWE的计算结果,第1振型为Y向平动,周期为7.39秒,(显示周期表)已接近高度为432米的广州西塔的周期(7.78秒),西塔为筒中筒结构,外筒由斜交钢管混凝土组成,内筒为钢筋混凝土核心筒,楼盖体系采用钢结构。3、 采用框架核心筒的结构体系本工程由于高宽比不大、核心筒尺寸足够大(2个核心筒),采用框架核心筒结构体系即可满足刚度和受力要求,不需采取加强层、蒙皮或巨型支撑等特殊
3、的手段。结构没有转换,所有竖向构件全部落地,核心筒为主要的抗侧力构件,结合建筑平面及立面造型,外围布置了6根1.33.4m的钢筋砼大柱和8根直径为1800的钢管混凝土柱,以稀疏框架的形式来满足高档办公楼有大面积、开阔景观视野及尽量增加实用建筑面积的功能要求。SATWE的计算结果表明,(显示层间位移角表)常遇地震作用下,最大层间位移角为Y向的1/856,风载作用下,最大层间位移角为Y向的1/907,均比规范限值1/500还有相当的富余。4、 核心筒偏置本工程沿Y向核心筒整体偏向左侧,为尽量减少刚度偏心,设计上特意削弱核心筒左侧的刚度,仅留少许墙垛,同时又特别加强核心筒右侧刚度,右侧墙肢加厚且增设
4、一道;为提高结构抗扭刚度,在不影响建筑功能的情况下,整个外围框架梁均加高至900。(显示标准层结构布置图)经上述处理后,计算结果表明,结构的扭转效应并不明显:(1)某个方向的平动振型,基本不掺杂另一个方向平动以及扭转的分量;(显示周期表)(2)第1扭转周期与第1平动周期的比值仅为0.62远低于规范限值0.85;(3)不考虑偶然偏心的最大扭转位移比仅为1.06,考虑偶然偏心的扭转位移比最大为1.23,而此时对应的层间位移角仅为1/2648,远小于高规补充规定I类扭转的限值1.5,而接近扭转规则的限值1.2。(显示扭转位移比表)5、 两方向侧向刚度存在一定差异由于2个核心筒在X方向能形成框架效应并
5、协同工作,结构X方向刚度大于Y方向刚度,为尽量减少两向刚度差异过大而给结构抗震带来的不利影响,设计时在左侧核心筒中部墙肢专门开了削弱刚度的结构洞。三、 超限分析的思路及内容编排针对上述结构特点,对本工程进行超限设计时,除超限审查本身所要求的抗震方面的内容外,还对风载作用、温差效应、混凝土徐变收缩的影响、解决钢管柱与混凝土内筒间竖向压缩变形差对框架梁产生过大附加内力的对应措施等内容分别进行了分析,虽然这些并非抗震超限审查的必需内容,但都属于钢筋混凝土超高层结构能否真正实施所必须分析和解决的问题,故一同并入了超限审查报告中,现阐述如下:1、 采用基于性能的抗震设计方法,量化判断结构是否满足小震、中
6、震、大震三个阶段的抗震性能目标。小震作用采用规范规定的振型分解反应谱法及弹性动力时程法对结构进行计算分析,中震用弹性计算并采用结构构件的屈服判断分析法进行判断控制,大震采用静力弹塑性的Pushover推覆分析及动力弹塑性分析分别进行计算,以判断结构是否达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”各阶段相应的抗震目标。在后面第四点将着重介绍这方面的有关内容。2、 考虑可能存在的横向风作用起控制情况,并验算风作用下的舒适度问题虽然风荷载作用并不属于抗震超限审查的内容,但工程经验表明,由于高度较大的超高层周期较大,往往由风而不是地震起控制作用(如西塔),故本次超限加入了风载的分析内容。本工程塔楼平面为近似八
7、边形,在一定程度上接近圆形,且在本工程的南侧偏西约50米处有1栋在建的高度为309米的烟草大厦,参考近似圆形平面的西塔和其它一些受相邻超高层建筑物风扰影响的超高层建筑风洞试验的结果,估计本工程也可能会发生横风作用大于顺风而起控制的情况,结合本工程的结构及体型特点,经咨询风洞试验单位及有关专家的意见后,预估即使由横向风作用控制,比对应方向顺风作用的增大值不会超出30,故本次超限计算中,对两个方向的风压值分别乘以1.3的放大系数进行相应的位移和强度计算,以此来考虑可能起控制的横向风作用。横风计算结果表明,Y向最大层间位移角为1/653,仍能满足规范要求。另因高度150米,需验算舒适度情况,结果表明
8、,顺风、横风顶点加速度均小于0.25m/s2,满足规范要求。3、 温差效应由于超高层竖向构件筒体、柱截面和刚度较大,不可避免要对现浇混凝土楼盖梁板沿水平方向的温差变形产生较大的约束,从而各自产生相应的约束内力,称为水平温差效应。实际设计中主要考虑由楼屋盖中面在施工和使用时与混凝土终凝时温度的差值对结构所引起的附加内力,本工程取15计算。4、 混凝土徐变收缩对结构的影响徐变收缩是混凝土固有的特性,钢结构则不存在徐变收缩问题,混凝土随着作用在其上的压应力时间持续,将持续发生变形徐变变形。超高层建筑由于竖向构件高度大,其徐变变形累计大,并通常伴随着收缩变形同时发生,这样两种变形的叠加,将使整个超高层
9、建筑竖向构件后期非荷载直接引起的塑性变形达到一个量级,会接近甚至超过荷载直接引起的弹性变形而不容忽视,可能会对部分结构构件和非结构构件造成较大的不利影响,故本工程对混凝土徐变收缩的影响通过MIDAS程序进行了量化分析,评估其不利影响的程度,以判断是否需采取相应对策,以为建筑结构和非结构构件提供可靠的质量保证。5、 对因外钢管柱与内混凝土核心筒竖向压缩变形差而在连接两者的框架梁中产生过大的附加内力的处理措施本工程外围钢管柱压应力水平高、内部筒体压应力水平低,弹性压缩变形为外围柱大、内筒处小。弹性的计算结果反映出,连接钢管柱与混凝土内筒间的框架梁因两者的弹性压缩变形差较大而产生显著的附加内力,达到
10、控制梁端配筋的程度,多数出现了严重超筋。故有必要考虑采取有效可靠的施工措施,以大部分消除因内外竖向构件压缩变形差对连接框架梁产生的附加内力,使框架梁的钢筋充分贡献在抵抗荷载的作用中而不是浪费在硬抗非荷载作用产生的附加内力中。6、 内容编排按上述思路,本工程超限审查报告的内容编排如下:一、工程概况二、结构布置和选型三、超限的类型和程度四、针对超限情况进行的分析验算和采取的加强措施1、 采用3个不同力学模型的程序分析2、 进行小震作用下的弹性时程分析3、 用MIDAS/Gen进行施工模拟、温差效应及混凝土徐变收缩变形的计算4、 用MIDAS/Gen分析后,取起控制作用的规范地震反应谱曲线输入计算5
11、、 按“屈服判别法”进行中震不屈服验算6、 适量加强落地剪力墙的分布筋配筋率7、 验算罕遇地震作用下楼板薄弱位置的抗拉、抗剪强度并保证其满足强度要求8、 验算顺风向横风向结构顶点最大加速度是否满足舒适度要求9、 罕遇地震下静力弹塑性(Pushover)分析10、 罕遇地震下的动力弹塑性时程分析11、 计算水平温差效应12、 用MIDAS/Gen模拟实际施工中结构逐层搭建和加载,考虑混凝土和钢管混凝土的徐变收缩,分析与内筒平面内相交的框架梁端设施工铰时的相应梁的受力情况。五、超限分析主要的荷载与非荷载作用1、地震作用2、横向风荷载作用3、温差效应4、混凝土徐变收缩影响六、结构分析和结果说明(一)
12、小震及风作用下的弹性分析(二)考虑可能存在的横向风荷载起控制作用时的计算分析(三)弹性中震作用下结构构件的屈服判别分析(四)罕遇地震作用下静力弹塑性(Pushover)分析(五)罕遇地震作用下弹塑性时程分析及结构抗震性能评价(六)混凝土徐变收缩变形对结构的影响分析(七)大部分消除连接外钢管柱与内筒的框架梁因两者竖向压缩变形差引起的附加内力的施工措施及其可行性分析(八)特殊或关键构件的相关验算(九)顶点顺风和横风最大加速度验算七、结论四、 采用基于性能的抗震设计方法,对结构是否达到三个阶段的抗震性能目标进行量化分析判断1、确定三阶段的抗震性能目标基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要
13、发展,它的特点是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,业主(设计者)可选择所需的性能目标,而不仅仅是按现行规范通过分项系数、内力调整系数、抗震构造措施等粗略、定性的手段来满足中震和大震的设防要求。针对本工程的结构特点,设定本结构的抗震性能目标详表3。(显示表3)2、小震作用的分析及能否达到抗震性能目标的判断在考虑竖向荷载、风和小震的作用时,采用SATWE程序按规范方法进行计算和设计,构件基本不超筋,则可基本保证结构构件处于弹性阶段,实现小震作用时结构“处于弹性,结构完好、无损伤”的第一阶段抗震性能水准。3、中震作用的分析及能否达到抗震性能目标的判断图 2对中震作用,采用SATWE
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