超限高層建筑抗震設(shè)計(jì)研究論文

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摘要：介紹了廣州琶洲香格里拉大酒店的抗震設(shè)計(jì)，酒店基礎(chǔ)采用嵌巖樁，樓蓋為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；超限抗震

1基本情況

廣州琶洲香格里拉酒店項(xiàng)目位于廣州市海珠區(qū)，廣州國(guó)際會(huì)議展覽中心東側(cè)，在建的黃洲大橋西側(cè)，北臨珠江，南靠新港東路，長(zhǎng)約240米，寬約200米。整個(gè)項(xiàng)目包括一座37層的酒店（塔樓高32層，裙樓5層）和宴會(huì)大廳，以及2層地下車庫(kù)。

2抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

（1）抗震設(shè)防烈度：7度。

（2）本工程屬丙類建筑，按本地區(qū)設(shè)防烈度采取抗震措施。

3基本數(shù)據(jù)

（1）場(chǎng)地類別：Ⅱ類。

（2）土層等效剪切波速為168.4m/s-173.8m/s,場(chǎng)地覆蓋層厚度約13.5m-17.4m，砂土液化等級(jí)綜合評(píng)定為嚴(yán)重，屬于抗震不利地段。

（3）持力層名稱：微風(fēng)化巖層，埋深約10.90m-23.70m，地基承載力特征值fak=4500KPa，巖石天然濕度下單軸抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值fr=13.5Mpa。

（4）樁型為沖孔/鉆孔灌注樁，樁端埋深約15-20m。

4建筑結(jié)構(gòu)布置和選型

（1）主樓高度（±0.00以上）140.7m，地面以上結(jié)構(gòu)層為38層，其中出屋面一層，高度為4.7m。

（2）裙房高度（±0.00以上）29.0m，地面以上結(jié)構(gòu)層為4層。

（3）塔樓主體部分、裙樓和宴會(huì)廳之間設(shè)兩道110mm寬抗震縫分開(kāi)。建筑物總高度為136.0m，總平面尺寸為195m×122m。其中塔樓部分（轉(zhuǎn)換層以上）平面尺寸為72米×18米，長(zhǎng)寬比L/B＝4<［6］，高寬比H/B＝6.0<［7］；裙樓部分平面尺寸110m×45m，長(zhǎng)寬比L/B=2.4，高寬比H/B=0.5；宴會(huì)大廳平面尺寸65m×53m，長(zhǎng)寬比L/B＝1.2，高寬比H/B=0.3。

（4）塔樓質(zhì)心有微小的向上偏心（以底端為原點(diǎn)）。

（5）結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、平面形狀規(guī)則、布置均勻；結(jié)構(gòu)層第5層為轉(zhuǎn)換層，豎向構(gòu)件布置不連續(xù)。

（6）本工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樓蓋整體性好。

（7）結(jié)構(gòu)類型：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，屬于復(fù)雜類型。

（8）抗震等級(jí)：本工程塔樓的框架和核心筒為一級(jí)抗震。由于地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，地下一層的抗震等級(jí)與上部結(jié)構(gòu)相同。其余部分裙樓及其地下一層與主樓相連，一級(jí)抗震。

（9）結(jié)構(gòu)概況：

整個(gè)大樓的設(shè)計(jì)采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)形式，分為兩級(jí)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層以下布置了21根巨型框支柱，剪力墻及外圍承重柱均落地直至基礎(chǔ)，由剪力墻、外圍的框架柱和框架梁形成第一級(jí)結(jié)構(gòu)，承受水平力和豎向荷載，而樓面及次梁作為第二級(jí)結(jié)構(gòu)，只承受豎向荷載并傳遞到第一級(jí)結(jié)構(gòu)上。5結(jié)構(gòu)分析主要結(jié)果

（1）計(jì)算軟件：PKPM系列結(jié)構(gòu)分析軟件SATWE模塊（2002規(guī)范版本）中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制。

（2）樓層自由度為3（剛性樓板）。

（3）周期調(diào)整系數(shù)：0.8。

（4）主樓結(jié)構(gòu)總重：2291152.81KN（SATWE）。

（5）基底地震總剪力：32581KN（X向）36421KN（Y向）（SATWE）。

（6）扭轉(zhuǎn)位移比：1.3。

（7）轉(zhuǎn)換層的上下剛度比：0.6027。

（8）最大軸壓比：n=0.85。

（9）最大層位移角為1/941，在17層（SATWE）。

（10）時(shí)程分析采用人工模擬的加速度時(shí)程曲線，選用了兩組實(shí)測(cè)波和一組場(chǎng)地人工波進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。彈性階段的時(shí)程分析，構(gòu)件內(nèi)力，側(cè)向位移小于采用振型分解反應(yīng)譜法的構(gòu)件內(nèi)力和側(cè)向位移。

6計(jì)算結(jié)果小結(jié)（與規(guī)范要求對(duì)比）：

（1）在風(fēng)荷載及地震作用下各構(gòu)件的強(qiáng)度和變形均滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

（2）墻、柱的軸壓比均符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高規(guī)》的要求，轉(zhuǎn)換層以上柱子軸壓比小于［0.85］，框支柱軸壓比小于［0.6］。

（3）按彈性方法計(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比Δμ/h=1/941滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第4.6.3條要求的1/800。

（4）塔樓滿足（JGJ3-2002）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最大值為0.729，不大于0.85的規(guī)定。

（5）塔樓滿足（GB50011-2001）第3.4.2條關(guān)于復(fù)雜高層建筑各樓層的最大層間位移不應(yīng)大于該樓層兩端層間位移平均值的1.4倍的規(guī)定。

（6）除轉(zhuǎn)換層外，塔樓各層均滿足（GB50011-2001）第3.4.2條關(guān)于各樓層的側(cè)向剛度不小于相鄰上一層的70%，并不小于其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%的規(guī)定。

（7）塔樓滿足（JGJ3-2002）第E.0.2條關(guān)于轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度不應(yīng)大于1.3的規(guī)定。

（8）除轉(zhuǎn)換層外，塔樓各層均滿足（JGJ3-2002）第4.4.3條關(guān)于樓層層間受剪承載力不宜小于相鄰上一層的80%的規(guī)定。

（9）塔樓滿足（JGJ3-2002）第5.4.4條關(guān)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的規(guī)定。

（10）塔樓滿足（JGJ3-2002）第3.3.13條關(guān)于各樓層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層水平地震剪力系數(shù)不小于表3.3.13的規(guī)定。

（11）塔樓滿足（JGJ3-2002）第3.3.5條關(guān)于按時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的規(guī)定。

（12）結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性層間位移符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）第5.5.5條關(guān)于彈塑性層間位移角（1/164）小于1/100的規(guī)定。

7其它需要說(shuō)明的問(wèn)題

本工程在三種超限條件（高度、高寬比、體型規(guī)則性）中，高度超限13.3%，高寬比滿足規(guī)范及規(guī)程的有關(guān)要求，結(jié)構(gòu)平面形狀規(guī)則，豎向不規(guī)則。

主要超限抗震措施包括：

（1）為避免大樓整體結(jié)構(gòu)之間形狀的不規(guī)則，引起不利于抗震的情況，在主樓和裙樓之間設(shè)置110mm寬抗震縫兩道，縫的兩側(cè)設(shè)置雙柱，地下室、基礎(chǔ)不用設(shè)縫。

（2）轉(zhuǎn)換層位于第5層，框架柱和剪力墻的抗震等級(jí)根據(jù)《高規(guī)》表4.8.2和表4.8.3規(guī)定提高一級(jí)，為特一級(jí)。

（3）首層、設(shè)備夾層、避難層、屋面層樓板加強(qiáng),板厚為180mm，中央核心筒板厚加強(qiáng)為150mm,配筋相應(yīng)加強(qiáng)，設(shè)雙向雙層鋼筋網(wǎng)。

（4）薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行彈塑性變形分析和驗(yàn)算，并采取有效的抗震構(gòu)造措施。

（5）用時(shí)程分析法進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。彈性階段的時(shí)程分析，構(gòu)件內(nèi)力，側(cè)向位移小于采用振型分解反應(yīng)譜法的構(gòu)件內(nèi)力和側(cè)向位移。

（6）本工程樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長(zhǎng)度（不包括樁尖部分）在1.5m以上，符合全部消除地基液化沉陷的要求。液化土中樁的配筋范圍，應(yīng)自樁頂至液化深度以下符合全部消除液化沉限所要求的深度，其縱向鋼筋應(yīng)與樁頂部相同，箍筋應(yīng)加密。處于液化土中的樁基承臺(tái)周圍，用非液化土填筑夯實(shí)。