超高層酒店辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例淺析

李駿嶸,陳志剛,盧云軍,焦 儉

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

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超高層酒店辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例淺析

李駿嶸,陳志剛,盧云軍,焦 儉

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

結(jié)合杭州市余杭區(qū)的一個(gè)工程設(shè)計(jì)實(shí)例,針對(duì)超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),從結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)超限類型和程度,以及結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析等方面進(jìn)行論述,欲給工程設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的處理方法和思路,以供同行參考。

超高層結(jié)構(gòu);彈性時(shí)程分析;中震驗(yàn)算;靜力彈塑性

1 項(xiàng)目概況

本工程位于杭州市余杭區(qū)。整個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)集購(gòu)物、餐飲、辦公、住宅、五星級(jí)酒店等于一體的大型綜合體。酒店辦公樓是整個(gè)地塊乃至區(qū)域的最具標(biāo)志性高樓。主樓共47層,1～2層是商業(yè)輔助用房,3～21層為五星級(jí)酒店功能,向上其余各層為五A級(jí)寫字樓。主樓結(jié)構(gòu)高度197.5 m,地上47層,地下3層,建筑面積約8萬(wàn)m2。抗震設(shè)防烈度6度；設(shè)計(jì)地震分組為第一組；場(chǎng)地類別為Ⅲ類；抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)；基本風(fēng)壓取值0.50 kN/m2。建筑立面見圖1。

2 結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)布置方案

本工程采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu),地下室部分采用框架結(jié)構(gòu),樓面和屋面采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。以首層樓板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。各部件抗震等級(jí)如下：主樓框架抗震等級(jí)二級(jí),核心筒抗震等級(jí)二級(jí)。地下1層夾層抗震等級(jí)同上部結(jié)構(gòu),地下其余各層抗震等級(jí)三級(jí)。剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)取下部5層。主樓共設(shè)置3個(gè)避難層。

圖1 建筑立面效果圖

樓板厚度取值：地下各層板厚150 mm,首層樓板板厚200 mm,地上一般樓層板厚120 mm?；炷林髁航孛妫?00×850 ,500×800,400×800,300×800。剪力墻厚度：250～550 mm。混凝土柱截面：SRC1 400×1 100,1 400×1 100～900×600。樓層典型結(jié)構(gòu)平面布置見圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3 地基、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。采用大直徑泥漿護(hù)壁混凝土鉆孔灌注樁,以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、含礫砂巖層為持力層。樁徑1 m,單樁抗壓承載力特征值6 000 kN。塔樓核心筒范圍內(nèi)基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ),其余部分采用梁板式基礎(chǔ)。

4 反應(yīng)譜小震彈性分析

計(jì)算分析采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的SATWE軟件,并用PMSAP和Midas Building軟件進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。多遇地震彈性分析和罕遇地震彈塑性分析主要結(jié)果如下：

4.1 總質(zhì)量、周期和振型

SATWE和PMSAP、Midas-Building計(jì)算結(jié)果見表1。三者計(jì)算的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、振動(dòng)模態(tài)和周期基本一致,初步判斷模型的分析結(jié)果準(zhǔn)確、可信。

4.2 基底剪力和傾覆彎矩

計(jì)算結(jié)果見表2。各樓層剪重比均大于規(guī)范限值0.66%,滿足要求,抗震計(jì)算時(shí)各層剪力無(wú)須調(diào)整。

表1 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量及前六階周期對(duì)比表

表2 基底剪力和傾覆彎矩

4.3 層間位移角和扭轉(zhuǎn)位移比

計(jì)算風(fēng)荷載和規(guī)范地震作用下的層間位移角和考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比,計(jì)算結(jié)果見表3。層間位移角計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求[1-2]。最大位移比X向位移比小于1.2；Y向大于1.2,但未超過(guò)1.4。

表3 最大層間位移角和扭轉(zhuǎn)位移比

4.4 樓層側(cè)向剛度比和樓層受剪承載力比值

計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4。除第7層外,其余樓層均滿足規(guī)范“樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%”的要求[1-2]。第7層為薄弱層,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)該層地震剪力放大系數(shù)取1.25。各層樓層受剪承載力比值均滿足規(guī)范要求。

圖3 側(cè)向剛度比

圖4 樓層受剪承載力比

4.5 外框架柱承擔(dān)的傾覆力矩和剪力

框架所占傾覆力矩的比例在20%～40%之間,首層X、Y兩個(gè)方向均約為20%。框架所占剪力的比例,除底部幾層外均超過(guò)10%。計(jì)算結(jié)果見圖5～8。

5 遇地震彈性時(shí)程分析

采用2條天然波(TH2TG045和TH4TG045)和1條人工波(RH1TG045)進(jìn)行小震雙向彈性時(shí)程分析,并與規(guī)范反應(yīng)譜分析進(jìn)行了比較。由計(jì)算結(jié)果表4可知,每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,多條時(shí)程曲線計(jì)算的結(jié)構(gòu)基底剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%,滿足規(guī)范要求[1-2]。

圖5 X向承擔(dān)傾覆力矩比例

圖6 Y向承擔(dān)傾覆力矩比例

圖7 X向承擔(dān)剪力比例

圖8 Y向承擔(dān)剪力比例

6 中震驗(yàn)算

基于性能設(shè)計(jì)要求,對(duì)主樓底部加強(qiáng)區(qū)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行中震彈性驗(yàn)算。分別按規(guī)范地震反應(yīng)譜和《安評(píng)報(bào)告》建議的地震反應(yīng)譜,計(jì)算了加強(qiáng)區(qū)典型樓層的墻柱軸壓比和柱子配筋,計(jì)算結(jié)果顯示主樓底部加強(qiáng)區(qū)部位的墻肢軸壓比均小于0.60,框架柱的軸壓比均小于0.70,且配筋較合理。因此,結(jié)構(gòu)可以達(dá)到中震彈性的性能設(shè)計(jì)要求。

表4 時(shí)程法好反應(yīng)譜法基底剪力

7 靜力彈塑性分析

采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院的EPDA程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的彈塑性分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示性能點(diǎn)最大層間位移角為 1/318,對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)位移最大為493.3 mm,滿足框架-核心筒結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值1/100的要求。

8 結(jié) 語(yǔ)

本工程位于6度區(qū)Ⅲ類場(chǎng)地,主樓存在超高和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、剛度突變兩項(xiàng)不規(guī)則,屬于超高超限高層。主要設(shè)計(jì)方法[3]：

1) 結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震彈性時(shí)程分析,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)時(shí)程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值。在利用反應(yīng)譜進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí),樓層地震力適當(dāng)放大。

2) 對(duì)主樓底部加強(qiáng)區(qū)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行中震彈性驗(yàn)算,確保結(jié)構(gòu)在中震作用下,結(jié)構(gòu)承載力滿足彈性設(shè)計(jì)要求。

3) 進(jìn)行罕遇地震作用下靜力彈塑性分析。通過(guò)性能點(diǎn)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的最大層間位移角,判斷是否滿足“層間彈塑性位移角限值”的要求。經(jīng)計(jì)算分析可知,結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均比較理想,整體設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 3—2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011．

[2] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010．

[3] 李駿嶸，焦儉.余政儲(chǔ)出[2012]47號(hào)地塊開發(fā)項(xiàng)目酒店及辦公項(xiàng)目超限高層建筑抗震專項(xiàng)審查報(bào)告[R].杭州：浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,2013．

Brief Analysis on the Examples of Structure Design for the Super High Hotel Office Building

LIJunrong,CHENZhigang,LUYunjun,JIAOJian

2016-05-24

李駿嶸(1979—)，男，浙江杭州人，高級(jí)工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU318+.2

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1008-3707(2016)11-0013-03