華潤(rùn)大涌商務(wù)中心6#樓多遇地震抗震分析

李靖

摘要：本文主要介紹了深圳一超限高層建筑多遇地震下的若干問題，包含結(jié)構(gòu)選型、抗震設(shè)防目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)、彈性階段多軟件對(duì)比分析、靜力動(dòng)力對(duì)比分析，供同類型項(xiàng)目進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：超高層建筑;satwe和Midas對(duì)比;動(dòng)力彈性時(shí)程分析

一、工程概況

華潤(rùn)大涌商務(wù)中心6#樓定位為高端科研辦公商務(wù)寫字樓，地上總建筑面積為85767. 28 m2，其中規(guī)定計(jì)容建筑面積為80000m2，核增建筑面積為5767. 28 m2。建筑高度為199. 60;首層高8.7米，二層高5.1米，其余層高3.8米，地面以上共48層。地下室共3層，深度12.2米，設(shè)計(jì)使用期限為50年。

二、結(jié)構(gòu)布置和選型

根據(jù)建筑物的總高度、抗震設(shè)防烈度、建筑的用途等情況，6#樓采用框架一核心筒結(jié)構(gòu)體系?？蚣芎诵暮?jiǎn)體系分別由外框架與核心筒組成，共同構(gòu)成多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)豎向荷載及地震作用通過樓面水平構(gòu)件傳遞給核心筒和外框柱，由現(xiàn)澆外框架和鋼筋混凝土簡(jiǎn)體共同承擔(dān)?；炷量蚣苤髁号c核心筒剛接，混凝土次梁與核心筒根據(jù)計(jì)算需要考慮為鉸接。據(jù)此可形成很好的框架與核心筒共同工作效果，來承擔(dān)由于風(fēng)荷載及地震作用產(chǎn)生的水平剪力以及傾覆彎矩，其中剪力主要由核心筒承擔(dān)，傾覆彎矩由外框架和核心筒共同承擔(dān)?？蚣苤鶅?nèi)放置型鋼，形成鋼骨混凝土柱。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖參見圖1。

三、結(jié)構(gòu)超限類型、設(shè)計(jì)條件及抗震性能目標(biāo)

1、不規(guī)則類型判別

本工程采用框架一核心筒結(jié)構(gòu)，存在1項(xiàng)不規(guī)則（扭轉(zhuǎn)不規(guī)則），屬B級(jí)高度的超限高層建筑。在計(jì)算、設(shè)計(jì)方法上采取的措施總結(jié)如下：采用了SATWE和MIDAS BUILDING兩種軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析;場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告提供的反應(yīng)譜與抗震規(guī)范反應(yīng)譜進(jìn)行了比較，確保設(shè)計(jì)采用兩者中較保守的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2、設(shè)計(jì)條件 2.1自然條件 本工程抗震設(shè)防烈度為7度，Ⅱ～Ⅲ類場(chǎng)地（根據(jù)安評(píng)報(bào)告確定），設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，特征周期0.42 s（根據(jù)安評(píng)報(bào)告確定）。

2.2抗震設(shè)防分類為丙類

2.3工程場(chǎng)地安全性評(píng)價(jià)

在7度地震作用下，本場(chǎng)地沒有軟土震陷問題，但可能發(fā)生輕微中等程度的砂土液化現(xiàn)象。場(chǎng)地地形較平坦，不存在不利地形地貌。未發(fā)現(xiàn)滑坡、塌陷、土洞、活動(dòng)斷裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3、抗震設(shè)防要求及抗震性能設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的要求，建筑結(jié)構(gòu)以“三個(gè)水準(zhǔn)”為抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。本工程依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3-2010）》第3.11節(jié) “結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)”的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

針對(duì)本工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和超限情況，本工程總體按性能目標(biāo)C的要求設(shè)計(jì)，計(jì)算方法依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3-2010）》3.11條所列各水準(zhǔn)的驗(yàn)算公式計(jì)算。

在多遇地震（小震）下滿足第1抗震性能水準(zhǔn)的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)抗震性能要求的層間位移角指標(biāo)按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3-2010）》來確定。

3.2構(gòu)件抗震等級(jí)

四、彈性計(jì)算結(jié)果及分析

1、結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算結(jié)果

本結(jié)構(gòu)模型分58個(gè)結(jié)構(gòu)層，4層模型結(jié)構(gòu)層梁板為建筑結(jié)構(gòu)首層梁板，5層模型結(jié)構(gòu)層墻柱為建筑結(jié)構(gòu)首層墻柱。本項(xiàng)目彈性階段采用satwe和Midas兩種設(shè)計(jì)軟禁進(jìn)行對(duì)比分析。

水平力與整體坐標(biāo)夾角為O度時(shí)，剛性樓板假定的計(jì)算結(jié)果，見下表3：

根據(jù)上述圖表分析計(jì)，結(jié)合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010的要求及結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)理論，可以得出如下結(jié)論：

（1）塔樓均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ JGJ3-2010）第3.4.5條關(guān)于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)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A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9和復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0. 85的要求;

（2）在風(fēng)荷載作用下和地震作用下，層間位移角均滿足有關(guān)規(guī)范的要求;

（3）X、Y方向剪重比均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.5條要求;

（4）滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.4.5條關(guān)于不規(guī)則建筑各樓層的豎向構(gòu)件最大水平位移不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍的規(guī)定;

（5）首層不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ JGJ3-2010）第3.5.2條關(guān)于高層建筑相鄰樓層的側(cè)向剛度變化的規(guī)定，但已考慮對(duì)本層地震剪力進(jìn)行放大1. 25倍;

（6）滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.5.3條關(guān)于樓層層間受剪承載力不宜小于相鄰上一層的80%規(guī)定（B級(jí)高度不應(yīng)小于75%）：

（7）滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第5.4.4條關(guān)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的規(guī)定;

（8）水平地震作用計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)各樓層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力均按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ JGJ3-2010）第4.3.12條的規(guī)定進(jìn)行調(diào)整;

（9）墻、柱的軸壓比均符合“高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”的要求;

（10）通過對(duì)比分析可知，SATWE和midas Building計(jì)算結(jié)果整體吻合，

2、結(jié)構(gòu)的彈性時(shí)程分析

本工程為超B級(jí)高度的超高層建筑，抗震設(shè)防烈度為7度，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第4.3.4條和第5.1. 13條規(guī)定，需采用彈性時(shí)程分析程序?qū)ㄖ镌诙嘤龅卣鹱饔眠M(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算。輸入地震波為3組實(shí)際地震記錄（安評(píng)報(bào)告提供3組天然波），并在由安評(píng)報(bào)告提供的地震波中選取兩條場(chǎng)地合成人工波輸入SATWE進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。進(jìn)行彈性動(dòng)力分析時(shí)按7度地震Ⅱ～Ⅲ類土，50年時(shí)限內(nèi)超越概率為63.2%（小震），阻尼比為0. 05考慮。

2.1地震波適宜性的判斷

抗規(guī)5.1.2條對(duì)地震波的要求：

譜值：三組或者七組時(shí)程曲線的地震影響系數(shù)曲線與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜在結(jié)構(gòu)周期點(diǎn)上相差不大于20%。

基底剪力：每條地震波的基底剪力/振型分解反應(yīng)譜的基底剪力：65%～135%。

地震動(dòng)三要素：1）持續(xù)時(shí)間：基本周期的5～10倍，一般從首次到達(dá)該時(shí)程曲線最大峰值10%那一點(diǎn)算起，到最后一點(diǎn)到達(dá)最大峰值的10%為止。2）有效峰值加速度：規(guī)范的加速度為有效峰值加速度。3）頻譜特性：地震影響系數(shù)曲線，Tg。

根據(jù)以上要求，分別安評(píng)報(bào)告中提供的5條天然波和2條場(chǎng)地人工合成波。

2.2主要計(jì)算結(jié)果

2.3結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析結(jié)論

（1）時(shí)程分析結(jié)果滿足平均基底剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，每條地震波計(jì)算的基底剪力不小于反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%的條件。

（2）彈性時(shí)程分析的樓層剪力和位移平均值均小于反應(yīng)譜法計(jì)算的結(jié)果，說明反應(yīng)譜分析結(jié)果在彈性階段對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用。

（3）樓層位移曲線以彎曲型為主，位移曲線光滑無突變，反映結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較為均勻。

（4）各條地震波彈性時(shí)程分析所得層間位移角曲線形狀均較相似，表明此結(jié)構(gòu)剛度較為均勻。

五、結(jié)束語

隨著建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算手段的日趨成熟，超限建筑在多遇地震階段，多軟件對(duì)比分析、靜力與動(dòng)力的分析已經(jīng)逐漸常態(tài)化，本工程以深圳實(shí)際工程為案例，將satwe和MIdas分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)彈性階段的動(dòng)力和靜力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析論證，希望可以對(duì)更多的相關(guān)領(lǐng)域的同事起到借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）

[3]廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院《華潤(rùn)大涌商務(wù)中心5#、6#、7#工程超限設(shè)計(jì)可行性報(bào)告》