成都香年廣場(chǎng)分析與設(shè)計(jì)總結(jié)

蔣守蘭

【摘要】針對(duì)成都地區(qū)一超高超限建筑，運(yùn)用satwe與pmsap軟件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，總結(jié)歸納了超高超限建筑設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)與需要注意的問(wèn)題；首先通過(guò)方案的選取介紹了型鋼混凝土柱設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題，再通過(guò)小震與中震的分析揭示出結(jié)構(gòu)的薄弱部位與方案的不足之處，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)與安全的較優(yōu)結(jié)合。

【關(guān)鍵詞】超高超限高層建筑；型鋼混凝土柱；彈性時(shí)程分析

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.031

1、工程概況

本工程位于成都市區(qū)，由三棟建筑及地下室組成，總建筑面積244613平方米，其中地下室43661.39平方米，地上200952.16平方米，建筑基底面積為4826.26m平方米。1號(hào)樓地上35層，建筑高度100m；2號(hào)樓地上46層，建筑高度169.40m；3號(hào)樓地上46層，建筑高度169.70m；共三層地下室。1號(hào)樓屬于A級(jí)高層建筑，2、3號(hào)樓地上46層，建筑高度分別為169.4m、169.70m，超過(guò)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》A級(jí)高度的抗震設(shè)防烈度7度框架—核心筒結(jié)構(gòu)的最大適用高度130m，小于B級(jí)高度的最大適用高度180m。：抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第3組，特征周期為0.45s，多遇地震時(shí)水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05?？拐鹪O(shè)防類別：2號(hào)樓為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（簡(jiǎn)稱丙類），3號(hào)樓為重點(diǎn)設(shè)防類；地下室頂板滿足作為上部結(jié)構(gòu)嵌固的各項(xiàng)要求，因此地下室抗震等級(jí)從負(fù)一層開始，每降一層抗震等級(jí)降低一級(jí)。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)嵌部位在基礎(chǔ)頂面，計(jì)算模型采用空間結(jié)構(gòu)模型。本文重點(diǎn)對(duì)3號(hào)樓進(jìn)行分析介紹。

2、方案的選取

如圖1所示，該結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)的框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，長(zhǎng)寬尺寸為56.5x34.5m。核心筒的長(zhǎng)寬尺寸為32.5x9.9m。設(shè)計(jì)之初出于施工方便減少造價(jià)方面考慮，采用普通混凝土柱，經(jīng)過(guò)試算在柱截面做到1400x2000軸壓比仍然不滿足規(guī)范要求，眾所周知，對(duì)于3.600的標(biāo)準(zhǔn)層高，此時(shí)已經(jīng)屬于超短柱，柱子的延性也是一個(gè)考慮因素。即使通過(guò)繼續(xù)加大柱截面對(duì)軸壓比的提高也不會(huì)太明顯，反而影響建筑的使用功能，從這兩個(gè)角度考慮，地下一層～6層，采用型鋼混凝土柱，型鋼混凝土柱充分利用了混凝土的抗壓性能與鋼材的抗拉性能，外包式混凝土對(duì)型鋼具有較強(qiáng)的約束性能，可以有效的防止型鋼構(gòu)件的局部屈曲，同時(shí)克服了鋼管混凝土柱防銹、防腐蝕、防火性能較差、需經(jīng)常性維護(hù)等弱點(diǎn)。采用型鋼混凝土柱后軸壓比基本控制在0.62左右。采用型鋼混凝土柱，其設(shè)計(jì)施工的難點(diǎn)主要在于梁柱節(jié)點(diǎn)。有以下幾點(diǎn)：（1）鋼混凝土柱內(nèi)鋼筋密集，箍筋加工復(fù)雜，安裝不便。（2）勁性柱頭部位框架梁鋼筋與型鋼柱連接部位多，連接角度多（框架梁鋼筋與型鋼柱相交的角度），連接節(jié)點(diǎn)多。（3）框架梁鋼筋與型鋼柱連接型式比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋通過(guò)連接器和型鋼柱進(jìn)行連接，焊接工作量大。（4）柱頭部位鋼筋較密，并且存在多根框架梁相交于同一柱頭的現(xiàn)象，導(dǎo)致多層鋼筋互相重疊，鋼筋與型鋼柱連接及鋼筋標(biāo)高的控制難度很大。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析每一根梁的配筋值，設(shè)計(jì)中分別給出典型梁柱相交的節(jié)點(diǎn)大樣，在進(jìn)行梁配筋時(shí)盡量按梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鋼筋配置排列。為了體現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)中的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固，框架梁中鋼筋與型鋼柱相交時(shí)盡量采用直錨，與翼緣相交采用連接器焊于型鋼翼緣上，與腹板相交時(shí)進(jìn)行腹板穿孔，大樣圖中給出穿孔定位原則，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。對(duì)于柱內(nèi)箍筋的布置，在計(jì)算上有型鋼的樓層，盡量減少對(duì)型鋼的穿孔，考慮型鋼范圍內(nèi)本身就有的約束，箍筋采用菱形箍繞開柱內(nèi)型鋼（如圖2）。對(duì)于過(guò)渡層，也就是計(jì)算上沒有型鋼的樓層，在構(gòu)造上盡量消弱型鋼的作用，第一是減小鋼板的厚度，第二柱內(nèi)箍筋配置按一般混凝土柱的布置進(jìn)行配置，不考慮穿孔對(duì)型鋼截面的削弱（如圖3）。

為了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體剛度，減小結(jié)構(gòu)中上部由于截面削弱造成的扭轉(zhuǎn)，在結(jié)構(gòu)四大角的框架柱截面收至1300x1000時(shí)不再收進(jìn)，同時(shí)各層平面四大角≥3x3m范圍板采用雙層雙向配筋，配筋率≥0.3%。由于本結(jié)構(gòu)核心筒高寬比僅為17遠(yuǎn)大于規(guī)范所要求的12，在水平地震作用下，筒體本身沿弱軸方向的慣性矩較小，可能出現(xiàn)根部的收拉裂縫，因此通過(guò)在筒體的角部沿豎向的底部加強(qiáng)區(qū)域布置型鋼，可以起到減小裂縫寬度，以及限制裂縫發(fā)展范圍的作用。

3、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

本工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部的PKPM軟件系列中的SATWE軟件行行分析計(jì)算，并采用PMSAP軟件補(bǔ)充計(jì)算，將二者結(jié)果對(duì)比校核。

3.1 多遇地震下地震反應(yīng)分析

如表1所示，SATWE和PMSAP分析得到的結(jié)構(gòu)前9階周期能夠很好的吻合，模態(tài)分析的結(jié)果是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與剛度的綜合反映，說(shuō)明了結(jié)構(gòu)模型建立與分析的正確性。

如表2所示，在地震作用下結(jié)構(gòu)的層間位移角基本滿足規(guī)范要求，X，Y向剛度差異較大，結(jié)構(gòu)變形在Y向呈彎曲型，X向近似于直線，總體屬于偏柔結(jié)構(gòu)，對(duì)于框筒結(jié)構(gòu)如果能在頂層與避難層加上伸臂桁架與周邊桁架讓核心筒與柱共同抵抗傾覆彎矩，對(duì)于結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移的減小將會(huì)是相當(dāng)顯著的，但是由于本工程建筑方案所限，這點(diǎn)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。如表6所示地震波計(jì)算的平均剪力值大于振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果的80%，且每條地震波結(jié)果大于反應(yīng)譜結(jié)果的65%，均滿足規(guī)范要求，同時(shí)也可以看出采用地震反應(yīng)譜法進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)是偏于安全的。

3.2 中震作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析

由于本工程核心筒在Y方向的兩片墻體長(zhǎng)度達(dá)到9.9m且未開洞，因此對(duì)其進(jìn)行了中震下的補(bǔ)充計(jì)算，satwe計(jì)算地震影響系數(shù)取為0.23，計(jì)算結(jié)果顯示，豎向構(gòu)件均未出現(xiàn)超筋部分跨高比比較大的連梁已經(jīng)超筋，說(shuō)明地震作用下連梁能起到很好的消能減震作用，基本滿足弱連梁的要求，保護(hù)了主要承重構(gòu)件的安全，設(shè)計(jì)中對(duì)于幾片主要的超長(zhǎng)剪力墻按照中震計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于跨高比小于2的連梁配置交叉暗撐。

結(jié)論：

從SATWE和PMSAP的計(jì)算結(jié)果看，二者在周期、位移計(jì)算方面均較為接近，這樣便驗(yàn)證了程序計(jì)算的可靠性。從程序的結(jié)果上看，結(jié)構(gòu)的位移、層間位移角、層間側(cè)向剛度比等指標(biāo)均滿足規(guī)范的要求，由此亦論證了結(jié)構(gòu)的可行性。從振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法結(jié)果比較可以看出，二者所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征頗為相似，進(jìn)一步論證結(jié)構(gòu)特性的正常。對(duì)于本超高超限建筑，往往有許多不可避免的不合理之處，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)找出結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)進(jìn)行合理的加強(qiáng)與放松，從而更好的符合計(jì)算模型。

參考文獻(xiàn)：

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