揭陽某超高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計

汪霞利 李宏健

(廣州容柏生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計事務(wù)所上海分部,上海 200060)

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揭陽某超高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計

汪霞利 李宏健

(廣州容柏生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計事務(wù)所上海分部,上海 200060)

介紹了某兩棟45層超高層住宅結(jié)構(gòu)的選型和布置方式，分析了該住宅結(jié)構(gòu)的超限情況，并采用SATWE和ETABS進行了結(jié)構(gòu)整體對比計算，提出了適當(dāng)?shù)募訌姶胧乖撟≌Y(jié)構(gòu)達到了預(yù)設(shè)的抗震性能目標(biāo)。

超高層住宅，剪力墻結(jié)構(gòu)，彈性時程分析，樓板

1 工程概況

某工程位于廣東省揭陽市，擬建兩棟45層超高層住宅。首層為住宅入戶大堂、臨街商鋪，2層為商鋪內(nèi)部用房，3層～45層為住宅。屋面建筑標(biāo)高為148.560。地下室共2層，底板面標(biāo)高-6.000，地下1層，2層均為停車庫及設(shè)備用房。首層層高4.8 m，2層3.2 m，3層3.28 m；4層～45層中奇數(shù)層(復(fù)式下層)3.28 m，偶數(shù)層(復(fù)式上層)3.2 m。

工程所處位置抗震設(shè)防烈度為7度(0.15g)，Ⅲ類場地，設(shè)計地震分組為第一組，特征周期0.45 s。承載力計算時，基本風(fēng)壓按100年重現(xiàn)期w0=0.75 kN/m2考慮；計算水平位移時，按50年重現(xiàn)期w0=0.65 kN/m2考慮，地面粗糙度類別為B類。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，重要性系數(shù)為1.0，設(shè)計使用年限為50年，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。建筑立面效果圖見圖1。

2 基礎(chǔ)方案

地勘報告顯示，地基土以淤泥質(zhì)土、粗砂層和粘性土為主，地表下20 m深度范圍內(nèi)飽和砂土無液化問題。本場地地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，砂層層數(shù)多，中間夾雜多層淤泥或淤泥質(zhì)土層，對基礎(chǔ)設(shè)計、施工帶來一定難度。設(shè)計中綜合考慮，塔樓范圍內(nèi)基礎(chǔ)采用整澆樁筏基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用后注漿鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁端持力層為地勘報告中的第層中砂層，其樁端承載力特征值qpa=1 200 kPa，成樁系數(shù)取為0.6，樁徑為1 000 mm，樁長約50 m，單樁承載力特征值7 200 kN，承臺厚度2 200 mm。

3 結(jié)構(gòu)體系

建筑每兩層為一個復(fù)式，共由21個復(fù)式疊合而成。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層方案如圖2，圖3所示。結(jié)構(gòu)高寬比達到9.0，超過規(guī)范最大適用高寬比。在風(fēng)荷載和地震作用均較大的地區(qū)，結(jié)構(gòu)最大位移角較難控制。

該工程采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。首層架空層層高大于相鄰2層。為了減少樓層剛度突變，設(shè)計中對各棟底部的剪力墻都作了加厚處理，使本層與上部相鄰樓層側(cè)向剛度比γ2≥1.1。為了提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，早期的結(jié)構(gòu)方案中設(shè)置了加強層，后來通過與建筑專業(yè)協(xié)商，剪力墻設(shè)置成多個筒結(jié)構(gòu)，且剪力墻盡量對齊，大大提高了結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，從而為滿足高烈度區(qū)的各項指標(biāo)提供了保證。剪力墻墻厚由底部400 mm～500 mm向上逐漸收縮至250 mm～300 mm。塔樓中間樓梯間兩側(cè)的剪力墻由于為跨層墻，其厚度保持不小于350 mm?；炷恋燃墢腃60～C30向上遞減。梁主要截面為300×600，300×500，復(fù)式下層開洞位置由于剛度需要，該梁加大至400×1 000，首層(地下室頂板)塔樓部分采用梁板結(jié)構(gòu)，板厚180 mm；2層板厚120 mm；其余標(biāo)準(zhǔn)層一般房間板厚h=100 mm～160 mm，屋面層板厚h=120 mm～160 mm。嵌固端選擇在底板。

4 結(jié)構(gòu)超限情況

該住宅高度為148.56 m，超過7度區(qū)A級高度120 m限制，屬B級高度建筑，高度超限。另有樓板不連續(xù)(復(fù)式上層樓板有效寬度為40%<50%),超過規(guī)范限制。

5 結(jié)構(gòu)計算分析

本工程設(shè)計按C級性能目標(biāo)控制，具體性能目標(biāo)詳見規(guī)范。分析結(jié)果如下。

5.1 彈性計算

安評提供的小震水平地震影響系數(shù)最大值為0.134,特征周期為0.55 s；經(jīng)過對比，按規(guī)范參數(shù)計算的基底剪力略小于按照安評計算值。故采用安評計算。小震下的主要計算結(jié)果見表1。

表1 小震下的主要計算結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果，得到以下結(jié)論：僅X方向底部少數(shù)樓層剪重比不滿足“抗規(guī)”第5.2.5條要求，軟件已自動對X方向地震力進行調(diào)整放大。塔樓剛重比大于2.7，滿足高層建筑的穩(wěn)定性要求。兩種軟件計算結(jié)果相近，說明計算結(jié)果合理、有效，計算模型符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。

5.2 彈性時程分析

按規(guī)范的選波原則選取了三條波進行小震彈性補充計算。計算結(jié)果如圖4所示。從小震樓層時程曲線圖中可知，樓層位移曲線以彎曲性為主，曲線較光滑，X方向位移角受復(fù)式上下層層高變化有一定影響，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度整體趨勢較為均勻?？梢钥吹?，X方向中部位置三條曲線包絡(luò)值略大于CQC法計算值，Y方向CQC計算值基本大于包絡(luò)值，因此施工圖設(shè)計時將根據(jù)包絡(luò)值與反應(yīng)譜的差距進行全樓地震力放大。

5.3 樓板受力分析

該工程由于為上下層復(fù)式，下層樓板出現(xiàn)較大開洞。故采用ETABS對塔樓的樓板進行受力分析。選擇有代表性的5層樓板，具體分析結(jié)果如圖5所示。

中震計算結(jié)果顯示，復(fù)式上層的中部位置周邊樓板應(yīng)力較大，彈性中震作用下樓板應(yīng)力為2.0 MPa～3.8 MPa。中部的凹進的樓板加厚到150 mm。按樓板拉應(yīng)力3.0 MPa計算，單層配筋率不少于0.50%(雙層配筋為1 500 mm2)。施工圖設(shè)計時，其應(yīng)力與豎向荷載作用下應(yīng)力疊加。

5.4 罕遇地震下靜力推覆分析

采用PKPM軟件進行靜力彈塑性分析。需求譜地震影響系數(shù)最大值取0.72，特征周期取0.50 s，彈性狀態(tài)阻尼比取0.05。按規(guī)范大震計算參數(shù)，計算結(jié)果如表2所示。

表2 大震PUSHOVER分析結(jié)果

可以看到，與需求點對應(yīng)的加載步下的各層X向?qū)娱g位移角和Y向?qū)娱g位移角均小于1/120，滿足規(guī)范位移角限值的要求。

X軸的典型抗側(cè)力構(gòu)件在與性能點對應(yīng)的第37加載步連梁出現(xiàn)了比較多塑性鉸，但關(guān)鍵豎向構(gòu)件尚未損壞；Y軸的典型抗側(cè)力構(gòu)件在與性能點對應(yīng)的第37加載步塑性鉸較少，結(jié)構(gòu)輕微損壞。結(jié)構(gòu)可滿足大震性能目標(biāo)。

6 主要加強措施

底部加強區(qū)剪力墻墻身分布筋配筋率按0.60%，建筑外圍局部剪力墻豎向分布筋配筋率提高至1.20%；剪力墻約束邊緣構(gòu)件豎筋最小配筋率為1.2%～1.50%，局部采用埋設(shè)型鋼來承擔(dān)拉力。體積配箍率不小于1.8%。針對復(fù)式上層不連續(xù)樓板，連接部位進行加厚處理。根據(jù)ETABS在中震下的應(yīng)力分析,與豎向荷載作用下的應(yīng)力疊加，配置雙層雙向鋼筋網(wǎng)。

7 結(jié)語

嶺南明珠超高層住宅位于較高烈度區(qū)，在抗震設(shè)防設(shè)計方面存在一定的難度?；谛阅艿脑O(shè)計方法，通過仔細計算，從概念入手，并加強構(gòu)造，能夠保證結(jié)構(gòu)的安全合理，也希望能為類似工程提供參考。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 嶺南明珠(三期)超限高層建筑抗震設(shè)防專項審查文件[Z].

The structural design of super high-rise apartment buildings in Jieyang area

Wang Xiali Li Hongjian

(RBS Architectural Engineering Design Associates Shanghai Branch, Shanghai 200060， China)

The paper introduces the type selection and allocation means of two ultra-high-rise buildings, analyzes the ultralimit for the residential structures, adopts SATWE and ETABS to undertakes the optimal calculation for the structural wholeness, and points out the improvement measures, so as to design the anti-seismic performance for the residential structures.

ultra-high-rise building, shearing wall structure, elastic time-history analysis, floor

1009-6825(2017)08-0043-02

2017-01-05

汪霞利(1982- )，女，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師; 李宏健(1982- )，男，高級工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

TU973

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