大连金广枫景高级住宅结构设计.pdf

镕一1 月十国高层建筑结目≠m 女Ⅸ论女 2 。。8 大连金广枫景高级住宅结构设计 王晓洁陆道渊魏丰登赵明王进琦 o 女n m ”ⅫR ％日0 q * 2 Ⅻ- 41 1 6 0 0 l 摘要本立主要探讨超B 级高度剪力墙结构的竖向承重结构构件自抗侧山构”甘q i 、镕构的整体”析、弹性动力H 程 分析、弹塑性静力n 析 P u s h o v e rh a l y s l s ，总结T 超R 剪力墙结构的设* ＆构造自瞧。 关键目；剪力墙超限高目弹塑性分析 1 前言 金』枫景高级住宅工稃采用全落地剪力墙结构，建筑高度超过了高层建筑混凝I 结构技术规程 Ⅲ J c J32 0 0 2 以下简称高规 规定的7 度区B 级高度钢筋混凝} 结构蛀人适用高度15 0 m 的限 制规定，达到1 7 56 硼。工程以专家意见为指导，录用弹性动力时程分析和弹颦性静力分析等7 J 法研究结 构d ．大、中、小震作用下的动力性能，研究结构的抗震构造措施，虬达到结壮J 设计的技术先进、安伞适 用、经济台理、确保质量的要求。 2 工程概况 金广枫最高级住宅工程地位于大连市劳动公园西侧， 项目总建筑面积1 05 万平方米，地上5 0 层，主要由酒店 式公寓和住宅两部分组成．主要屋面高度17 56 n _ 地下两 层，为设备用房、车库及公建。目前结构主体已经封顶， 建成后将成为大连市的标志性建筑 见矧2I 。 项目主塔楼为椭圆型平而，具体结构平面及剖面详见 图22 、23 。结构形式为全落地剪山墙结构，超过高规 规定的7 度区B 级钢筋混凝r 结构最大适用高度1 5 0 m 的限 制规定；裙房4 层，两层埋于地下，l l l i 层露出地面，为框 架结构。2 。0 4 年8 爿，金广枫景高级住宅工程项目已 经通过了全国超限高层建筑抗震设防委员会专家的审查， 3 结构设计 3L 结构计算分析级构造措施 3 l - 】 结构概况Ⅱ分析 自镕．女．1 9 7 7 j m ，I } 目．』E Ⅳ 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 金广枫景的建筑开间较大，剪力墙的间距多在7 ～1 0 ．2 m 间，剪力墙的混凝土强度等级为C 6 0 ～C 4 0 ， 底层剪力墙截面以4 0 0 m m 为主 局部为4 5 0 m m 和3 0 0 m m ， 向上逐渐收至2 5 0 删n 。 本工程采用S A T W E 和P M S A P 两种程序进行比较分析。 采用弹性动力时程分析法进行多遇地震下的补充计算；采用 E P S ～E P D A 进行大、中、小震作用下P U S H O v E R 分析，以寻 找结构的薄弱部位，从而在设计时予以加强。结构的底部加强 区按中震作用下剪力墙不屈服进行设计，其地震影响系数最大 值口。。， O ．2 3 。结构主要计算结果如表3 ．1 ．1 。 } } 等丰曼二 睁0 刊 图2 ．2 燕 垤 呻i 士； j 十 畦 十 芏i 斗E 篚 ￡j 牛 i 。L 二- | | 1 | l 萋l ●兰d - J L t ■t l t 一 囊 匿 一- ⋯ ’ 薹 - 一 匪 一 茸 萋 匪 搓 ． ． 一T Ⅱr 士H 苎型‘；幽‘；‘‘ ．f 一7 ．。j U 一 _ 一_ _i l1 t 卜} 笠翻；H ； 1 l I _ r J i一● H 一 - i ，；’1 1 ■r 表3 ．1 ．1 结构主要计算结果 图2 ．3 项目周期 X Y 扭转 T 14 ．1 00 ．O O 1 ．0 0O ．0 0 结构基本自振周期T 23 ．8 61 ．O O O ．0 0O ．O O T 32 ．7 20 ．0 0 0 ．O O1 ．O O 地震作用下 Xl ／1 2 7 7 层间相对位移Y1 ／1 0 5 8 风荷载作用下 X1 ／2 3 5 5 层问相对位移Y1 ／1 0 9 3 坳髟淼身 X1 ．0 7 4 3 Y1 ．2 2 4 5 各楼层最大层间位移与平均 X1 ．1 0 层间位移之比的最大值Y1 ．2 0 各楼层最大位移与平均 X1 ．0 9 位移之比的最大值Y1 ．1 9 上部结构各楼层的最小 X1 ．5 0 ％ 水平地震剪力系数Y1 ．4 4 ％ 剪力墙轴压比 0 ．4 8 ．3 6 3 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 由表可知结构在地震荷载及风荷载作用下，最大层间位移角均满足规范1 ／1 0 0 0 的限值要求；楼 层侧移刚度与上层侧移刚度7 0 ％之比及与上三层平均侧移刚度之比的最大值均大于1 ．0 ，结构为竖向规 则结构；结构扭转周期与平动周期之比为0 ．6 6 ，远小于规范规定的0 ．8 5 ；楼层最大层间位移与平均层间 位移之比的最大值为1 ．2 0 ，楼层最大水平位移与平均水平位移之比的最大值为1 ．1 9 ，结构为扭转规则结 构。 结构二层以下楼层地震剪力系数小于1 ．4 ％，计算时程序自动予以调整 最大地震力放大1 ．0 9 8 倍 ， 使其均满足高规第3 ．3 ．1 3 条的要求。 由计算分析得底层绝大多数剪力墙的轴压比都控制在O ．4 5 内，仅有两道剪力墙肢轴压比达到o ．4 8 ， 但其亦满足规范要求；剪力墙的剪压比远小于规范的要求。 X 向刚重比E J d ／G H 2 3 ．6 5 ，Y 向刚重比E J d ／G H 2 3 ．1 1 ，该结构刚重比E J d ／G H 2 大于1 ．4 ，能够通 过高规的整体稳定验算；该结构刚重比E J d ／G H 2 大于2 ．7 ，可以不考虑重力二阶效应。 3 ．1 ．2 ．基于性能的抗震设计 基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是使抗震设计从宏观定 性的目标向具体量化的多重目标过渡。建筑物抗震设计的性能目标是指某一设定地震地面运动 如在给 定年限内超越概率6 3 ％、1 0 ％和2 ～3 ％的小震、中震和大震 下建筑的预期性能水准。 根据抗震概念设计，对于剪力墙结构也需达到多道抗震防线，为此我们将连梁抗震等级提高为特一 级，提高连梁的耗能能力，作为结构抗震设防的第一道防线。 作为结构的第二道防线，为保证地震作用下剪力墙抗震性能，剪力墙的抗震等级亦提高一级，比A 级高度的剪力墙结构提高两级。而且对于上部结构轴压比大于0 ．2 的墙肢均设置约束边缘构件，以提高 剪力墙的延性。我们知道，地震作用下剪力墙开裂后刚度很快退化，为保证其刚度，底部加强部位墙体 的承载力按中震弹性设计，中震下截面的平均剪应力为0 一．丘，接近满足大震下不出现剪切裂缝的控制 条件，可基本达到大震不屈服。P U S H O ⅦR 弹塑性分析结果表明，结构在大震作用下能力曲线均能穿 越需求谱曲线，说明结构在大震作用下是安全的。考虑地震作用的不确定性，结构在延性构造上留有余 地。 3 ．2 ．弹性动力时程分析 根据辽宁省地震研究所提供的大连金广枫景工程场地地震安全性评价报告，本工程场地类别为 I I 类，设计地震分组为第一组。地表的超越概率6 3 ％的地震波的峰值加速度为4 0 ．6 c m 2 ／s ，场地地表特 征周期为O ．3 1 s ；基岩的超越概率6 3 ％的地震波峰值加速度为2 8 ．1 c Ⅲ2 ／s ，基岩特征周期为0 ．2 5 s 。 时程分析采用T A F 一2 、L A N l 2 和地震安全性评价报告提供的U S E R 波。时程分析结果表明主体 塔楼的位移曲线光滑，无突变无尖角，结构竖向刚度均匀，无明显薄弱层，与c Q c 法计算结果基本一致。 结构的位移等响应曲线均包络在C Q C 法之内，楼层剪力曲线中有部分楼层剪力大于C Q C 法，施工图时将 超出c Q c 的楼层地震力按比例放大后再计算其配筋。各条时程曲线计算所得的结构底部剪力均不小于c Q C 法求得的底部剪力的6 5 ％；每组时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值均不小于c Q C 法的8 0 ％。 3 ．3 ．结构P U S H O V E R 分析 本工程采用E P s A E 1 a s t i c P 1 a s t i cs t a t i cA n a l y s i s 软件对结构进行了弹塑性静力分析，即 P U S H O V E R 分析，以弄清结构在小震、中震及大震作用下的动力性能。 3 ．3 ．1 ． 结构的抗震性能评价 通过推覆分析，并经过复杂的承载力谱及加速度谱转化，我们得到了小、中、大震作用下结构的“供 给需求谱”曲线，见图3 ．3 ．1 。我们看到结构在大震作用下能力曲线均能穿越需求谱曲线，而且能 力曲线和需求谱曲线的交点对应结构层间位移角x 向为1 ／1 4 6 ，Y 向为1 ／2 1 6 ，均满足规范l ／1 2 0 的要求， 说明结构在大震作用下抗震性能满足要求；在结构的整个推覆过程中，随着荷载的增大。结构中的连梁 开始屈服，随着荷载进一步加大，结构中的剪力墙出现屈服破坏点，而结构的能力曲线始终光滑、饱满， 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 且能持续发展，说明结构具有较好的延性；在结构的能力曲线中，未出现结构失稳点及承载力下降段， 图中并未得到结构的弹塑性全过程曲线。 表3 ．3 ．1 是结构在小、中、大震作用下的层间位移角。由表可知结构在多遇地震作用下，楼层最大 层间位移角X 方向为1 ／1 8 1 5 ，Y 方向为l ／1 7 9 8 ，这与P M S A P 及E T A J 3 S 计算结果基本一致；结构X 向 和Y 向并不是同时进入塑性，在中震作用下，对于X 向有O ．0 8 ／o ．2 3 ≈ 1 ／1 8 1 5 ／ 1 ／6 3 0 ，说明结构仍 处于弹性状态，而此时Y 向结构己进入塑性状态；在小震、中震作用下，结构X 向刚度大于Y 向，而在 大震作用下，结构x 向弹塑性刚度反而小于Y 向，这是因为x 向墙肢较少，连梁亦较少，但结构x 向长 度较大，结构的X 向惯性矩较大，故在弹性状态下结构X 向刚度较大，而结构Y 向墙肢较多，连梁亦较 多，结构进入塑性后，连梁作为主要耗能构件，给予结构足够的弹塑性刚度，从而使Y 向结构刚度折减 较少，结构的Y 向弹塑性刚度大于X 向，这一点是在弹性状态下不会出现的。 x 向小震能力曲线 L 乒 - ”_ ／ ≯ ，’ 7 。 - f ， | 广、、 ， ’_ -■●■ _ 一 一 ■t ●自自l * ■■■ } u 。勰2 等‘。繁锰善芝絮背二蕞箍。7 。嘲 ”“””“”嚣品‰茹掣 “”“”” x 向中震能力曲线 ■■●6 自■ ‘■■啦l 。。嚣嚣 慧‘ 焉咒骨蕾二，；嚣i 。。 ”“”““”嚣占。徽P 1 ． ”””一 X 向大震能力曲线 图3 ．3 ．1 ．3 6 5 ． Y 向小震能力曲线 ●●●自自t ■●■■m 1 。怒鬣氍嚣诫等黝嚣怒7 。。 ”““”‘‘“1 苏‰嚣嚣。等”““ Y 向中震能力曲线 ●t ●■螂‘脯舯 ．。黧芝黑 - 訾警戮‘毒盟i ． ”“““““‘．．二二品器‘P ⋯‘” Y 向大震能力曲线 - _ _ - - ／ ／ l 一一。} Z ⋯． ＼ ／。． ＼j } ／＼e - ， ＼＼ 0 。 l 旷 ●t ●自■■t l ■■c 枷 。．嚣数Z 二_ 警篇怒等掣 哿．鬣器嚣 。． ””””“”器0 _ ；分。0 “”“”” 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 表3 ．3 ．1结构在不同地震作用下的位移 二≯芝 水平地震X 方向Y 方向 规范要求 地震作用、＼影响系数步数位移步数位移 多遇地震作用0 ．0 8 9l ／1 8 1 5 9l ／1 7 9 8l ／1 0 0 0 基本地震作用0 ．2 31 31 ／6 3 01 21 ／5 4 3／ 罕遇地震作用0 ．5 0 4 5 1 ／1 4 62 4l ／2 1 61 ／1 2 0 3 ．3 ．2 ． 结构的破坏机制 通过切片观察x 及Y 方向各加载步的结构破坏过程及塑性铰的形成过程可知，结构在地震作用下， 塑性铰首先出现在连梁端部，如图3 ．3 ．2 ．1 。随着地震力的进一步加大，塑性铰渐渐增加，但都集中在 结构三分之一至三分之二高度之间，且都出现在连梁上，连梁作为结构的主要耗能构件，早于剪力墙破 坏，基本达到设计要求。在由小震至大震整个加载过程中，未出现剪力墙破坏，如图3 ．3 ．2 ．1 、3 ．3 ．2 ．2 。 图3 ．3 ．2 ．1x 向K 轴基本地震作用下连粱开裂图 图3 ．3 ．2 ．2x 向K 轴大震作用下连粱开裂图 4 ．设计小结 对于超B 级剪力墙结构，设计时应从结构计算及构造上来保证剪力墙的延性。结构的底部加强区应 按中震下结构不屈服乃至中震下弹性进行设计，应通过合理的计算模型来分析结构大震作用下的弹塑性 性能。构造上为提高剪力墙的延性，剪力墙及连梁应采用特一级，可以设置型钢暗柱或轴压比大于O ．2 时均采用约束边缘构件；严格控制剪力墙的轴压比及剪压比，其轴压比在一级的基础上减小O ．0 5 或者 0 ．1 等。 作为超限的剪力墙结构，我们在设计过程中，从结构方案的比选，结构抗震的概念设计，结构的静、 ．3 6 6 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 动力性能的计算分析，以及结构构造措施等方面均进行了认真的考虑，力争达到结构设计技术先进、安 全适用、经济合理。 参考文献 【l 】高层建筑混凝土结构技术规程 J G J3 2 0 0 2 。北京中国建筑工业出版社，2 0 0 2 ．7 【2 】程绍革，王理，张允顺，弹塑性时程分析方法及其应用。建筑结构学报，2 0 0 0 ．2 【3 】杨溥，李英民，王亚勇，赖明，结构静力弹塑性分析 p u s h o v e r 方法的改进。建筑结构学报，2 0 0 0 ．2 【4 】叶燎原，潘文，结构静力弹塑性分析 p u s h o v e r 的原理和计算实例。建筑结构学报，2 0 0 0 ．2 【5 】汪大绥，贺军利，张风新，静力弹塑性分析 P u s h o v e rA 1 1 a l y s i s 的基本原理和计算实例。E C A D I 科研业务建设成 果汇编 结构专业2 0 0 3 ，2 0 0 3 3 6 7