通州新北京中心項目8A樓超高層抗震設(shè)計

周鋼　束偉農(nóng)　石異　孫鵬　張建良　趙東卓　侯硯

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司　北京　100045)

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通州新北京中心項目8A樓超高層抗震設(shè)計

周鋼束偉農(nóng)石異孫鵬張建良趙東卓侯硯

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司北京100045)

新北京中心項目8A樓位于北京市通州區(qū)，高度為130.89m的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，屬于高度超限結(jié)構(gòu)。文章主要介紹了該辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，并通過彈塑性分析研究了結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的受力特點和抗震性能。

超高層建筑;剪力墻;彈塑性;外框柱

E-mail:1992892721@qq.com

1　工程概況

建設(shè)地點位于北京市通州區(qū)新華北路東約100m，通惠河北側(cè)。8#地塊總建筑面積約14.364萬平方米，地下建筑面積4.3918萬平方米，地上建筑面積9.9721萬平方米。9#地塊總建筑面積約11.329萬平方米，地下建筑面積2.765萬平方米，地上建筑面積8.564萬平方米。8#地塊和9#地塊各由兩座超高層塔樓及底部裙房組成，地下室層數(shù)為4層。8#地塊與相鄰9#地塊地下四層～地下二層被市政環(huán)隧分隔，在地下一層兩個地塊連為一體，地上部分各自分開。本文介紹8A樓結(jié)構(gòu)設(shè)計情況。8A樓位置關(guān)系見圖1、圖2，建筑首層平面圖見圖3。

圖1　建筑效果圖

圖2　建筑總平面圖

圖3　建筑首層平面圖

8A樓長：43.3m、寬：26.5m，層數(shù)28層，高度為130.89m，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。地上1～3層為商業(yè)，層高為6m、5.1m、5.1m；4層為設(shè)備層，層高2.19m；17層為避難層，層高為4.5m；其余為辦公，層高為4.5m。8A樓各層剖面高度關(guān)系見圖4。

8A樓根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010中規(guī)定的8度區(qū)丙類建筑鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度：A級100m、B級120m[1]。8A樓高度為超B級高度。

結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。場地類別為III類，特征周期0.42s(剪切波速230m/s內(nèi)插值)，設(shè)計地震分組為第一組。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1設(shè)防目標(biāo)

總體上，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。其中對于底部加強區(qū)剪力墻(底部加強區(qū)為B1層至F6層)和外框柱按中震設(shè)計。確定了如表1所示的抗震設(shè)防目標(biāo)。

表1　抗震設(shè)防目標(biāo)

2.2結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系和抗震等級

(1)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

(2)本工程以地下室頂板(±0.00)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。

圖4　建筑剖面圖

(3)剪力墻抗震等級：地上為特一級；地下一層為特一級；地下二層為一級、地下三層為二級、地下四層為三級。

(4)剪力墻底部加強區(qū)為一層至六層，加強區(qū)過度范圍為七層至十二層。

(5)框架抗震等級為：地下一層至屋頂為一級，地下二層為為二級、地下三層、地下四層為三級。

(6)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)[2],本工程按抗震設(shè)防烈度8度要求采取抗震措施。

2.3構(gòu)造措施

(1)在下部樓層的外框柱子和剪力墻中加設(shè)型鋼，適當(dāng)提高框架結(jié)構(gòu)的承載力和延性等措施，提高結(jié)構(gòu)抗震性能；

(2)連梁和框架梁加強構(gòu)造措施，在跨高比較小的連梁及支撐樓面梁的連梁中增設(shè)型鋼，提高其變形能力；

(3)控制外框柱軸壓比(≤0.65)及墻肢的軸壓比(≤0.45)提高結(jié)構(gòu)抗震性能；

(4)加強部位的高度取底部六層，墻體采用約束邊緣構(gòu)造至十二層。

2.4計算措施

(1)進行小震計算，驗證構(gòu)件軸壓比、抗剪承載力，保證符合規(guī)范要求。

(2)進行中震計算，驗證構(gòu)件軸壓比、抗剪承載力，保證符合規(guī)范要求和性能化設(shè)計目標(biāo)。

(3)進行大震計算，調(diào)整大震阻尼比，考慮樓板剛度退化等，保證主要構(gòu)件不屈服，滿足受剪截面控制的條件。

2.5關(guān)鍵問題極其解決辦法

(1)結(jié)構(gòu)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，8度最大適用高度為120m(B級)，本工程高度為130.89m(不含女兒墻高度)，超B級高度。采用兩個不同力學(xué)模型的空間分析程序PKPM-SATWE、和MIDAS進行對比校核計算，檢查整體結(jié)構(gòu)各項指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。

(2)在雙向水平地震作用下，底部加強部位的墻肢，偏壓承載力按中震不屈服設(shè)計，受剪承載力滿足中震彈性和大震下的截面剪應(yīng)力控制要求。加強部位以上的主要墻肢，受剪承載力滿足中震不屈服的要求。墻肢的約束邊緣構(gòu)件延伸至軸壓比0.25的高度;底部加強部位墻肢拉應(yīng)力超過ftk時，構(gòu)件內(nèi)設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，對拉應(yīng)力較大(≥1.5 ftk)的主要墻肢，其偏拉承載力按中震彈性設(shè)計。

(3)底部加強部位的框架柱，計入多道防線，偏壓和偏拉承載力按中震不屈服設(shè)計，受剪承載力滿足中震彈性的要求；加強部位以上框架柱受剪承載力滿足中震不屈服的要求。

(4)在罕遇地震作用下，擬進行靜力彈塑性分析，找出結(jié)構(gòu)薄弱部位，并觀察結(jié)構(gòu)在罕遇地震力作用下的塑性鉸發(fā)展趨勢。檢驗結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的彈塑性變形滿足規(guī)范限值1/100要求，保證大震不倒的設(shè)防目標(biāo)。

3　計算結(jié)果

3.1靜力彈塑性計算結(jié)果

在Pushover分析曲線中，結(jié)構(gòu)的能力曲線和罕遇地震需求曲線能夠求得性能控制點，性能控制點對應(yīng)的結(jié)構(gòu)層間位移角小于規(guī)范規(guī)定的限值。從結(jié)構(gòu)的出鉸部位和順序來看，在設(shè)防烈度地震的作用下，結(jié)構(gòu)在一些連梁和剪力墻中出現(xiàn)了塑性鉸，但數(shù)量不多；在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的一部分連梁和剪力墻出現(xiàn)了塑性鉸，且一些塑性鉸屈服程度較深。但從基底剪力—頂點位移相關(guān)曲線上可以看到，整體結(jié)構(gòu)仍處于強化上升的工作階段，在罕遇地震對應(yīng)點之后的曲線上升態(tài)勢還比較明顯，如圖5所示。故可以說，結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受罕遇地震的考驗。

圖5　第一主方向pushover分析曲線-大震

結(jié)構(gòu)的出鉸順序和部位如下：

①當(dāng)結(jié)構(gòu)頂點位移在0.120m(小震位移為105mm)之前，如圖6所示，整個結(jié)構(gòu)保持彈性；

②當(dāng)頂點位移達(dá)到0.280m(約相當(dāng)于中震的水平)時，如圖7所示，在塔樓上部連梁及兩側(cè)框架梁出現(xiàn)了塑性鉸；

③隨著側(cè)推的繼續(xù)，剪力墻塑性鉸，連梁塑性鉸的數(shù)量也逐漸增多；

④當(dāng)達(dá)到罕遇地震性能控制點時，如圖8所示，在底部的剪力墻上都出現(xiàn)了塑性鉸，部分連梁的出鉸程度已經(jīng)比較深。

圖6　頂點位移0.111m時出鉸圖(結(jié)構(gòu)彈性)

圖7　頂點位移0.310m時出鉸圖(出鉸單元比例0.3%)

圖8　罕遇地震性能控制點對應(yīng)時刻出鉸圖(出鉸單元比例9.0%)

4　專家審批意見

2014年1月8日對該項目進行超限高層抗震設(shè)防專項審查。審查結(jié)論為“通過”，審查意見如下：

(1)同意該工程采用下列抗震性能目標(biāo)

①本工程設(shè)計地震動的參數(shù)，中震、大震的設(shè)計地震動參數(shù)按2010抗震規(guī)范采用。

②底部加強部位的框架柱，計入多道防線，偏壓和偏拉承載力按中震不屈服復(fù)核，受剪承載力滿足中震彈性的要求；加強部位以上的框架柱受剪承載力滿足中震不屈服的要求。

③底部加強部位的墻肢，偏壓承載力按中震不屈服復(fù)核，受剪承載力滿足中震彈性和大震下的截面剪應(yīng)力控制要求。加強部位以上的墻肢受剪承載力滿足中震不屈服。

(2)設(shè)計單位應(yīng)按下列要求進一步改進

應(yīng)進一步用多種模型復(fù)核框架柱(含剪力墻端柱)多道防線的調(diào)整。

[1]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

周鋼(1963.1-),男,高級工程師，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

束偉農(nóng)(1963.6-)，男，教授級高工，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

石異(1969.5-),男,高級工程師，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

孫鵬(1972.5-),男,工程師，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

張建良(1967.11-),男,高級工程師，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

趙東卓(1986.8-),男,助理工程師，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

侯硯(1982.12-),女,工程師，主要從事建筑設(shè)計方面的工作。

Highly-overrun Aseismic Design of Building 8A of New Beijing Center in Tongzhou District

ZHOUGangSHUWeinongSHIYiSUNPengZHANGJianliangZHAODongzhuoHOUYan

(BEIJING INSTITUTE OF ARCHITECTURAL DESIGN ，Beijing 100045)

Building 8A of New Beijing Center is located in Tongzhou district of Beijing. The building has 130.89 meters tall frame - shear wall structure, which is highly-overrun structure. Structure design of the office building is discussed in this article. Mechanical characteristics and seismic behavior of structure when disastrous earthquake occurs are particularly studied through the elastoplastic analysis.

Highly-overrun building; Shear wall; Elastoplasticity; Peripheral column

周鋼(1963.1-),男，高級工程師。

2015-11-11

TU973

A

1004-6135(2016)01-0059-04