安慶新城吾悅廣場A/B塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳永輝

摘 要：安慶新城吾悅廣場A/B塔樓，每棟建筑面積為61200m2，高度149.7m。框架-核心筒結(jié)構(gòu)，層高大，挑高部分設(shè)有夾層。屬于超限結(jié)構(gòu)，按照超限專家意見，進(jìn)行了性能化設(shè)計(jì)。通過小震計(jì)算、小震彈性時(shí)程補(bǔ)充計(jì)算、中震彈性及大震不屈服計(jì)算、靜力彈塑性計(jì)算等，證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；超限；小震；中震彈；大震不屈

1 工程概況

安慶新城吾悅廣場位于安慶市迎江區(qū)，北面為市級(jí)公園大湖風(fēng)景區(qū)，西面為傳統(tǒng)商業(yè)街人民路，南面靠近長江。建設(shè)用地分為南、北兩個(gè)部分。A/B塔樓位于北地塊，北地塊由大型商業(yè)和住宅兩個(gè)部分組成，占地面積28736m2，總建筑面積341400m2。其中：地上總建筑面積為263419m2，地下總建筑面積為77981m2。A/B塔樓每棟塔樓建筑面積為61200m2。擬建1、2、3、4四個(gè)商業(yè)區(qū)和A、B、C三棟塔樓，其中A/B塔樓29層，高度為149.65m，；C塔樓98.4m；1、2、3、4四個(gè)商業(yè)區(qū)為三層、四層的商業(yè)體，高度分別為14.7m、21m。四個(gè)商業(yè)區(qū)及C塔樓為規(guī)則結(jié)構(gòu)，C塔樓屬A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑；A/B塔樓屬B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

A/B塔樓地上29層，地下2層，建筑物總高度149.65米。負(fù)二層層高5.2m，負(fù)一層層高6.1m，一層層高5.7m，二、三、四層層高5.1m，五層（設(shè)備層）層高3.6m，十、二十層（避難層）層高3.6m，其余樓層層高5.35m，在層高為5.35m樓層中部有局部夾層，層高分別為2.7m及2.65m，塔樓布置見圖1。

3 地質(zhì)情況

場地內(nèi)巖土層自上而下依次為：①層雜填土、②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③層粉質(zhì)粘土、④層含圓礫粉質(zhì)粘土 、⑤層中粗砂、⑥層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，⑦層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖1。

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

A/B塔樓主樓采用滿堂樁加承臺(tái)基礎(chǔ)， 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。樁基采用泥漿護(hù)壁成孔灌注樁，以⑦層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖作為樁端持力層。樁身樁徑1.0m，單樁豎向載力特征值為4750kN，承臺(tái)厚2500。基礎(chǔ)圖見圖2。

5 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

A/B塔樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，填充墻的砌體采用蒸壓加氣混凝土砌塊，其強(qiáng)度等級(jí)為A3.5（A5.0），砌筑砂漿為M5.0專用砂漿。主要構(gòu)件尺寸見表1。

建筑物抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場地類別Ⅲ類?？拐鹪O(shè)防類別丙類。剪力墻的抗震等級(jí)一級(jí)、框架的抗震等級(jí)一級(jí)。核心筒內(nèi)板、外板厚均取120mm。

6 結(jié)構(gòu)超限情況

A/B塔樓為框架-筒體結(jié)構(gòu)，高度149.65m，屬于超A級(jí)高度的建筑。通過計(jì)算，X向最大位移與平均位移比1.24（二層）、Y向最大位移與平均位移比1.37（二層），并有多層位移比>1.2，故結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；夾層局部無樓板，屬于樓板不連續(xù)。

設(shè)計(jì)中，挑高部分的夾層，采用樓層立小柱支撐夾層結(jié)構(gòu)的做法，避免了建筑物上下層剛度的突變帶來的結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則。

縱上所列，除2項(xiàng)不規(guī)則外，結(jié)構(gòu)體型無其它不規(guī)則項(xiàng)，結(jié)構(gòu)屬于規(guī)則結(jié)構(gòu)。

7 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

A/B塔樓為超規(guī)范A級(jí)高度，不超B級(jí)高度的高層建筑，結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)較少，擬建場地地基土工程性質(zhì)較好。綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)、建造費(fèi)用和修復(fù)難易程度等因素，根據(jù)《高規(guī)》對(duì)抗震性能目標(biāo)的劃分，A/B塔樓的抗震性能目標(biāo)定為D類。

底部加強(qiáng)區(qū)外框剪力墻、框架柱、穿層柱為關(guān)鍵構(gòu)件。關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)目標(biāo)為中震抗剪截面彈性、抗彎不屈服；大震抗剪、抗彎不屈服。

其余豎向構(gòu)件在中震下容許個(gè)別構(gòu)件屈服，大部分豎向構(gòu)件的受剪截面滿足彈性控制條件。在大震下較多構(gòu)件允許屈服，但同一樓層還有部分構(gòu)件不屈服。且豎向構(gòu)件抗剪截面滿足控制條件。

8 多遇地震及風(fēng)荷載作用下彈性分析

分別采用SATWE及YJK 兩種三維空間結(jié)構(gòu)分析程序進(jìn)行計(jì)算比較，按振型分解反譜法進(jìn)行抗震計(jì)算及彈性時(shí)程補(bǔ)充分析計(jì)算。周期及周期比見表2，地震作用下位移角見表3，彈性時(shí)程分析主要結(jié)果見表4。

9 設(shè)防烈度地震驗(yàn)算分析

根據(jù)設(shè)防烈度地震作用下的抗震性能目標(biāo)的要求，進(jìn)行中震彈性、中震不屈服分析，以確定結(jié)構(gòu)在中震作用下的抗震性能。根據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)底部加強(qiáng)部位剪力墻、框架柱、穿層柱滿足抗剪截面彈性要求。

經(jīng)查與穿層柱對(duì)稱位置框架柱樓層剪力V=1462kN，穿層柱軸力N=27462kN，按超限專家意見補(bǔ)充穿層柱計(jì)算，框架柱X向單邊配筋增大為4436mm2。

對(duì)底層剪力墻受拉進(jìn)行了詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)部分剪力墻在地震作用下會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，但均小于ftk=2.85MPa，且根據(jù)統(tǒng)計(jì)四層以上墻體無拉應(yīng)力。拉應(yīng)力出現(xiàn)的位置為外圍核心筒較短墻體。按超限專家意見將出現(xiàn)受拉狀態(tài)的剪力墻抗震等級(jí)提高為特一級(jí)。四層及以下加強(qiáng)區(qū)剪力墻的抗震構(gòu)造措施加強(qiáng)，配筋加大?？蚣苤?jīng)計(jì)算無受拉的情況。

10 罕遇地震驗(yàn)算分析

大震不屈服計(jì)算模型主要輸入?yún)?shù)見表5。

大震不屈服作用下分析結(jié)果顯示，前四振型的有效質(zhì)量系數(shù)分別是：X向：63.64%；17.70%；7.22%；1.86%，Y向：61.24%；19.49%；5.11%；4.47%；關(guān)鍵構(gòu)件及豎向構(gòu)件均能滿足性能目標(biāo)要求，且有一定的安全儲(chǔ)備。

11 夾層對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響

夾層混凝土梁截面200×400，鋼梁300×200×12×8，標(biāo)準(zhǔn)層框架柱截面1100×1100～800×800，二者截面相差較大，用YJK計(jì)算按M/Vh0復(fù)算剪跨比。從計(jì)算結(jié)果知，夾層梁截面、剛度較小，無法對(duì)框架柱形成有效的約束，框架柱不會(huì)出現(xiàn)正常結(jié)構(gòu)兩層兩個(gè)反彎點(diǎn)的情況。夾層雖造成按使用功能劃分兩層，其實(shí)際對(duì)框架柱的受力影響不大。按專家意見考慮到夾層的不利影響，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)框架柱按短柱設(shè)計(jì)，軸壓比按規(guī)范規(guī)定的柱軸壓比限值降低0.05，體積配箍率不小于1.2%控制。

12 靜力彈塑性分析

本工程僅高度超A級(jí)，根據(jù)《高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程》3.11.4條：高度不超過150m的高層建筑可采用靜力彈塑性分析方法，用于分析大震下變形情況。分析軟件采用PUSHOVER靜力彈塑性分析程序，得到結(jié)構(gòu)基底剪力-位移曲線，轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)的能力譜，能力譜與需求譜的交點(diǎn)即為性能點(diǎn)。罕遇地震作用下的位移角見表6。

13 結(jié)論

在多遇地震及風(fēng)荷載作用下，SATWE和YJK兩種軟件分析的各項(xiàng)指標(biāo)基本一致，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性階段，承載能力和變形能力均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。時(shí)程分析與反應(yīng)譜之間具有一致性和規(guī)律性，符合工程經(jīng)驗(yàn)及力學(xué)概念所做判斷，能夠滿足“小震不壞”的抗震性能目標(biāo)。

在設(shè)防烈度地震作用下，剪力墻、柱均處于抗剪彈性、抗彎不屈服狀態(tài)；框架梁、連梁部分出現(xiàn)抗彎屈服，但抗剪不屈服，可滿足“中震可修”的抗震性能目標(biāo)。

在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)層間彈塑性位移及層間位移角均滿足規(guī)范限值要求，結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力構(gòu)件沒有發(fā)生嚴(yán)重破壞，可滿足“大震不倒”的抗震性能目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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