深圳某公寓塔樓結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

彭俊偉

摘 要：文章對(duì)深圳某公寓塔樓的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用ETABS、SATWE 軟件進(jìn)行整體計(jì)算，補(bǔ)充了彈性時(shí)程分析分析、結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)的安全使用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)；超長(zhǎng)地下室；塔樓

1 工程概況

該項(xiàng)目工程位于深圳，塔樓總建筑面積為56000m2。標(biāo)準(zhǔn)層尺寸為40.9m×32.5m。塔樓地上42層，第1～5層為商業(yè)配套使用，20層及35層為避難設(shè)備層，其余樓層主要功能為住宅公寓；地下4層，主要功能為商業(yè)、停車庫(kù)及設(shè)備用房，建筑高度為192.700m。

根據(jù)規(guī)范，本工程的設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γo=1.0。抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為7度。設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，反應(yīng)譜特征周期Tg=0.35秒，阻尼比為0.05。根據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，小震規(guī)范反應(yīng)譜小于安評(píng)報(bào)告提供的反應(yīng)譜。因此，小震設(shè)計(jì)采用安評(píng)報(bào)告提供反應(yīng)譜進(jìn)行計(jì)算分析，中震、大震參數(shù)仍按照規(guī)范取用。

2 結(jié)構(gòu)選型與布置

2.1 基礎(chǔ)類型。根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，主要為豎向承壓控制，本工程采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖層，入巖深度2.0m，樁端持力層天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為18MPa。樁長(zhǎng)約為9.5m～18.5m。

2.2 地下室結(jié)構(gòu)。地下室核心筒底板厚3000mm，非核心筒區(qū)域底板厚1000mm，側(cè)壁厚度為600～800mm，頂板采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋。

2.3 上部結(jié)構(gòu)體系。由于本工程所處地區(qū)風(fēng)荷載較大并起主導(dǎo)作用，因此滿足提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度是關(guān)鍵，所以綜合考慮，本工程采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。

外框架體系將作為有效承重體系，大部分豎向荷載通過(guò)軸力的方式向下傳送，而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是提供了強(qiáng)大的抗側(cè)力剛度。外框柱采用型鋼混凝土柱，提高了外框架的延性，同時(shí)提高承載力，有效的減小了截面尺寸，提高了建筑使用效率。

3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

根據(jù)規(guī)程要求，體型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)至少采用兩個(gè)不用的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算。本工程采用SATWE 和ETABS 分別進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算、對(duì)比兩個(gè)結(jié)構(gòu)模型的總質(zhì)量、振型、周期、基底剪力等主要指標(biāo)，ETABS 與SATWE 兩個(gè)程序的計(jì)算結(jié)果基本吻合。

從表1的比較結(jié)果可見(jiàn)，計(jì)算結(jié)果較為接近，結(jié)構(gòu)的主要振型以平動(dòng)為主，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比均小于0.85，滿足《規(guī)程》的要求。

計(jì)算結(jié)果表明，各樓層最小剪重比X方向?yàn)?.20%，Y方向?yàn)?.20%。滿足規(guī)范要求。

4 時(shí)程分析

地震動(dòng)地面加速度時(shí)程曲線從安評(píng)報(bào)告相關(guān)部門提供的人工模擬曲線及地震波數(shù)據(jù)庫(kù)（二類場(chǎng)地Tg= 0.35～0.40s）的實(shí)際記錄時(shí)程曲線中挑選，這些時(shí)程曲線相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜曲線（阻尼比為0.05）與安評(píng)報(bào)告提供的場(chǎng)地反應(yīng)譜的對(duì)比如下圖所示。這此時(shí)程曲線經(jīng)小震分析后所得的小震下（63%超越概率）的基底剪力與振型分解反應(yīng)譜法所得的基底剪力對(duì)比如下表所示。地震波的峰值加速度取值為35cm/s2（小震）。

根據(jù)《抗震規(guī)范》采用時(shí)程分析法，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線。本工程采用1條人工波加2條天然波（雙向記錄）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析。

時(shí)程計(jì)算結(jié)果表明：（1）通過(guò)地震波時(shí)程分析并規(guī)范譜對(duì)比，表明地震波的選取滿足規(guī)范關(guān)于基底剪力的要求。（2）由于反應(yīng)譜不能考慮高階振型的影響，局部樓層時(shí)程分析得到的地震力大于反應(yīng)譜結(jié)果，故對(duì)頂部的地震力進(jìn)行放大處理。

5 性能化設(shè)計(jì)

綜合考慮本工程地處7度區(qū)，且為超B級(jí)超限高層建筑，設(shè)定其結(jié)構(gòu)總體按性能目標(biāo)為C級(jí)。

中震階段的內(nèi)力計(jì)算采用彈性方法，用SATWE 分別進(jìn)行中震彈性設(shè)計(jì)、中震不屈服設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)對(duì)外框柱進(jìn)行承載力分析，分析表明底部加強(qiáng)區(qū)的外框柱滿足中震彈性的要求，非底部加強(qiáng)區(qū)的外框柱滿足中震不屈服的承載力要求。外框柱在中震作用下不存在拉力。剪力墻構(gòu)件底部加強(qiáng)區(qū)滿足中震抗拉不屈服、抗剪彈性要求，剪力墻無(wú)需配置型鋼。

大震階段的內(nèi)力計(jì)算采用等效彈性方法，用SATWE 進(jìn)行大震不屈服設(shè)計(jì)。大震不屈服設(shè)計(jì)結(jié)果表明：在大震作用下，外框柱未開(kāi)裂，滿足性能化要求，墻體通過(guò)墻內(nèi)鋼骨的調(diào)整，基本滿足大震墻體抗拉、抗剪性能設(shè)計(jì)要求。

綜合上述分析結(jié)果，本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能水準(zhǔn)可達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

6 加強(qiáng)措施

結(jié)構(gòu)除了高度超限，其它不規(guī)則性整體不超限，因此核心筒可采用一級(jí)抗震等級(jí)，外框柱采用一級(jí)抗震等級(jí)。同時(shí)對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)的關(guān)鍵豎向構(gòu)件進(jìn)行抗彎中震不屈服和抗剪中震彈性設(shè)計(jì)。最后對(duì)底部剪力墻進(jìn)行大震的受拉受剪復(fù)核，以保證大震不倒的目標(biāo)。

核心筒在底層厚度為900mm，底部加強(qiáng)區(qū)使用型鋼混凝土剪力墻，增加延性及滿足軸壓比要求。對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)的關(guān)鍵剪力墻構(gòu)件進(jìn)行中震不屈服驗(yàn)算，提高在中震作用下的抗拉及抗剪性能。

針對(duì)外框柱，除了滿足一級(jí)抗震等級(jí)的構(gòu)造，同時(shí)保證大、中震達(dá)到較高的性能要求。在小震組合設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)滿足0.2V0的框架剪力調(diào)整，經(jīng)調(diào)整后，外框柱的承載力進(jìn)一步提高。

針對(duì)連梁，連梁構(gòu)件是重要的耗能構(gòu)件，設(shè)置鋼骨會(huì)使連梁的耗能性能減弱，因此設(shè)置連梁鋼骨的準(zhǔn)則：保證風(fēng)荷載作用下連梁構(gòu)件不超筋，同時(shí)由于地震作用的引起超筋，連梁可以不專門設(shè)置鋼骨。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算分析、合理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)可達(dá)到C 級(jí)抗震性能目標(biāo)。

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