财富中心(三期)超限高层建筑抗震设计可行性论证报告

2设计依据2.1设计规范和标准2.2工程地质勘察报告2.3场地地震安全性评价报告3结构设计条件3.1设计基本参数3.2材料3.3楼层面荷载3.4楼层线荷载3.5风作用3.6地震作用3.7雪荷载3.8荷载效应组合3.9验算要求4工程地质概况5结构布置5.1结构体系5.2楼盖体系5.3主要构件截面尺寸5.4基础选材6结构超限类型和程度7抗震设防要求7.1抗震设防基本要求7.2抗震等级7.3抗震性能指标7.4整体变形控制目标8弹性计算分析8.1整体计算8.2计算结果汇总8.3弹性时程分析8.4弹性分析结论9.1构件验算流程9.2核心筒剪力墙9.3框架柱11大悬挑挠度及舒适度计算11.1大悬挑挠度计算11.2大悬挑舒适度计算12.1静力弹塑性分析模型及荷载模式12.2结构相对位移与结构整体抗震性能评价13动力弹塑性时程分析与抗震性能评价13.2结构非线性弹塑性分析模型13.3动力弹塑性时程分析13.4抗震性能评估方法13.5小结及设计建议14.1数值模拟方法14.2单体结构的风洞数值模拟14.3考虑周围高层建筑影响的风洞数值模拟附录一建筑初步设计图纸附录二结构初步设计图纸财富中心由英特纳房产开发有限公司开发建设，建筑用地位于市**区金融商贸开发区的中路，南侧为团结路，东侧为迎宾路，西侧紧邻新港澳大厦，工程分三期建设，总用地面积为2.05公顷。见图1.1，建筑效果图见图1.2，建筑主要功能分区和各层层高情况，见表1.1及图1.3，标准层平面见图1.4。表1.1建筑功能分区和层高地下1层汽车大堂5.0地下2层地下车库2.9《建筑结构可靠度设计统一标准》《建筑工程抗震设防分类标准》《建筑结构荷载规范》《建筑抗震设计规范》《混凝土结构设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》《型钢混凝土组合结构技术规程》《钢结构设计规范》《地下工程防水技术规程》《高层民用建筑钢结构技术规程》《建筑地基基础设计规范》《建筑钢结构焊接规程》JGJ-8《钢筋焊接及验收规程》JGJ1《钢筋机械连接通用技术规程》JG《高层建筑结构用钢板》YB410《建筑地基基础设计规范》DB21/097《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-表3.1办公楼结构分析和设计采用的建筑物分类参数结构重要性系数γ0g超A注：建筑使用的隔墙或填充墙对结构的刚度会产生影响，这也会引起结构地震效应的变化，本工程考虑到隔墙或填充墙对结构的影响，设定结构周期折减系数为0.85。设计值fyf(N/mm2)ys5 标准值fyf(N/mm2)y7.04.04.03.52.52.52.5风压高度变化系数按C类地面粗糙度采用，由于规范没有适合地震影响系数最大值为0.08，设计地震分组为第一组，场地土类别为II类。进行了《安全报告》提供的场地设计反应谱参数与规范反应谱参数的比较，见图3.1、图3.2及表3.4。表3.4表3.4抗震规范0.9安评报告抗震规范0.9安评报告抗震规范0.9安评报告gγ曲线下降段衰减指数β《安评报告》地表地震动设计参数抗震影响系数α布系数为1.0。在进行构件承载力验算时，其荷载或作用的分项系数按表3.5取值，并取各构件可能出现的最不利组合进行截表3.5设计荷载分项系数有利0.00.00.00.7×1.41.0×1.44561.0×1.40.5×1.20.5×1.20.00.50.53.9.1正常使用极限状态3.9.2承载能力极限状态γ0S≤RγRES≤R式中，γRE——承载力抗震调整系数，见表3.6;表3.6钢γRE表3.6钢γRE柱、梁梁柱表4.1各层地基土承载力及变形参数oo静水位高程为28.46m~27.70m，未降水前，地下水位一般埋m--2.0m，抗浮设计水位建议按绝对高程40.00m进行设计。地下水对混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。拟建场地楼向周围延伸一、二跨，借助建筑隔墙位置，设置剪力墙增加地下室刚度，同时刚度，使塔楼框架柱内力均匀扩塔楼地上44层，首层为塔楼大堂，2层为银行选择钢筋混凝土框架一核心筒作为结构体系，以混凝土核心筒为主要抗侧力构件，外框架柱承受竖向荷载为以及框架柱与核心筒之间采用宽扁梁形式进行连接；考虑表5.1主要构件的截面尺寸800×800800×800以外周边筏板厚23m。经计算天然地基的平均沉否否否否层建筑、混合结构高度建筑及复杂高层建筑的楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，不宜大于该楼层平均值表7.1小结构在地震后完好、无损伤，一般不需修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可中地震后将诶够的薄弱部位和重要部位的构件轻微损坏，出现轻微裂缝，其震具有延性的构件发生中等损坏，出现明显裂缝，进入屈服阶段，需要修理并采用以下安全措施大结构在地震作用下发生明显损坏，多数构件中等损坏，进入屈服，有明显的裂缝，部分构件严柱柱表7.3底部加强区及相邻上一层表7.4表8.1对所有楼层采用刚性楼板假定恒活荷载计算信息00062否1否斜交抗震册立构件方向数混凝土柱的计算长度执行混规一7是是0否0172是11是11XYXYXYXYXYXYX考虑偶然偏心最大扭转位移比YXYXYX2（4）X、Y方向剪重比，地下6层~地上3层小于《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.2.5条要求，但经过调表8.6整，满足最小剪重比的要求；（5）在偶然偏心地震荷载作用下，最大扭转位移比大于1.2，但不大于1.4，属于扭转不规则结构。满足《高层（7）本工程地上部分各楼层的侧向刚度与上层70％或上3层平均值80％的比值均大于1.0（8）本工程各楼层受剪承载力均不小于上一层的75%，不属于楼层承载力突变；剪力倾（11）计算结果表明，结构周期及位移符合规范要求，剪重比适中（11）计算结果表明，结构周期及位移符合规范要求，剪重比适中123456789振型（X：Y：Z）XYZXZYXZYX8.2.4风、地震剪力及倾覆弯矩分析图8.26所示；楼层刚度及刚度比，见表8.7；楼层层间抗侧力结构的受剪承载力与其上一层受剪承载力之比，见67896789RR结构隔层剪重比如图8.28所示。从图可知《高层建筑混凝土结构技术规范》第8.1.4条atx1aty1maxf，maxX向Y向0f,maxf,max0XX向Y向0f,maxf,max0X算，地震剪力取多条时程曲线计算结果的平采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选速度峰值取安评报告（34.6cm/S2）根据《建筑抗震设计规范》(GB50011反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。所谓意义上相符，即其平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线相比，在8.3.2时程分析与反应谱分析剪力对比XX向8.3.3时程分析与反应谱分析倾覆力矩对比8.3.4时程分析与反应谱分析位移及位移角对比时程分析与反应谱分析的各楼层位移及位移角结果如图8.3时程分析的X向地上32层（Y向地上40层）以上楼层剪力平均值大于于结构基底总剪力20％和框架部分地震剪力最大值1.1倍两者较大值的要求进行内力调整，保证框架柱能满足二按照“中震可修”的原则，对中震作用下关键构件的承载力进行复核（中震弹性作用下进行核心筒墙肢和框为提高核心筒的承载力和延性，核心筒部分底部加强区设置了型钢，主要剪力墙编号、厚度及配钢率，见图表9.1表9.2首层和地上代表层的轴压比见图9.2、图9.3。从结果V≦（1/γRE0.15βcfckbwhwo）//RE1）小震作用下底部加强区及相邻上一层核心筒正截面2）中震作用下底部加强区及相邻上一层核心筒正截面承载力验算核心筒外圈墙肢在小震、风荷载、中震弹性作用下的最大了所有组合，取所有组合中轴力的最大值和最小值表9.3列出了地下一层~顶层各核心筒墙肢在中震弹性、小震和风作用下的最大和最小轴力设计值，考虑了所小震、中震及风荷载单独作用下的最大与最小轴力小震、中震及风荷载单独作用下的最大与最小轴力000000000000000风风层为2.04MPa,L44层为1.71MPa)，墙肢2墙肢水平分布钢筋，满足中震弹性斜截面承载力验算。图9.8给了底部几层墙体的配筋，部加强区楼层，墙体约束边缘构件纵向钢筋由中震弹性控制；墙体水平钢筋部分墙肢由小震控制，部分墙肢有中框架柱的尺寸及型钢混凝土柱的配钢表框架柱的尺寸及型钢混凝土柱的配钢表800×800bfH1H2800×800根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)，进行小震和中震弹根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-用平面内挠曲对轴向力偏心距的影响，将轴向力对截面重心的偏心矩e0=乘以偏心距增大系数η,其值可按下列ξ1——偏心受压构件的截面曲率修正系数，当ξ2——考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，当l0/h<15时按照《高层建筑混凝土技术规程》第4.6.6条规定，高度超过150m的高层建筑应具有max办公楼、酒店办公楼、酒店0.25风荷载体形系数μsC重现期调整系数μr0.83风压高度变化系数μz0.4结构顶点平均风速μn,mtot(t)4.82建筑物平面长脉动增大系数ε1.71建筑物平均重度γB脉动影响系数δ0.50横风向临界阻尼比δt,cr)0.023横风向最大加速度αtr风荷载体形系数μsC重现期调整系数μr0.83风压高度变化系数μz0.4结构顶点平均风速μn,mtot(t)4.82建筑物平面长脉动增大系数ε1.71建筑物平均重度γB脉动影响系数δ0.47横风向临界阻尼比δt,cr)0.032横风向最大加速度αtr从表中可知，此结构在风荷载作用下的顺风向挠度值容许值容许值容许值容许值容许值容许值挠度值容许值容许值容许值容许值容许值容许值11.2.1楼盖竖向振动加速度计算p计算分析时，考虑P-⊿效应和梁柱交接刚域的影响。中表现为，在性能点处，只有很少几处内筒墙出现横向拉压破坏，框架梁、框架柱、连梁均没有出现塑性铰，因X向Y向大震作用地震影响系数amax=0.5，特征周期Tg12.5可以看出，大震作用下，X方向性能点处结构能力曲线已趋于平缓，内筒墙底部加强部位和顶部性能点处结构能力曲线仍有上升趋势，内筒墙底部加强部位和顶部几层部分出现横向拉压破坏和剪切破坏，连梁只有底部加强部位的几层出现了塑性铰，而外框架柱、框架梁基本没出现塑性铰，从结构整体来看，虽有较大变形且局部破坏，但尚未倒塌，弹塑性位移未超过规范限值，能X向Y向采用LS-DYNA进行动力弹塑性时程分析，考察该结构在罕遇地震作用下的抗震性能，检验其能否满足“大震不倒”的性能目标，对结构构件的抗震性能进行评估为了达到“大震不倒”的设计目标，我们将利用性能化抗震设计思想和基于位移的抗震设计方法，采用非线性分析软件对结构进行动力弹塑性时程分析。通过两组天然波和一组人工波的三向实时输入，模拟和考察结构在罕遇地震下的性能，观察结构体系在三向地震波下的塑性发展情况，复核结构在罕遇地震作用下的层间位移角是结构在罕遇地震作用下，构件由弹性逐渐转入塑性，层间变形也随之逐渐增大，最终结构会因变形过大而倒层间位移角限值是评估结构在罕遇地震下抗震性能的重要指标之一，但同时结构构件，尤其是竖向构件的塑LS-DYNA是世界上最著名的通用显式动力分析程序之一，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固藕合问题。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比证实由J.Q.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系并于1997年将LS-DYNA2D,LS-DYNA3D,LS-TOPAZ结构弹塑性分析模型是给予弹性模型建立的，因此在进行弹塑性分析之前，应对弹塑性模型和弹性模型的质量、模态进行对比，以保持弹塑性模型和弹性模型的一致性。为简化分析，弹塑性分析模型仅考虑嵌固层以上的框架柱及框架梁的塑性行为模拟框架柱及框架梁采用杆系单元模拟，利用XTRACT程序计算构件的骨架曲线，包括抗弯、XTRACT程序采用纤维模型计算构件的估价区县。纤维模型是先将截面离散化为许多小的纤维单元，通过每个纤维单元来模拟钢筋、混凝土或型钢等不同材料；然后利用用平截面曲率下每个纤维单元的应变；最后通过应力积分求得相应截面的弯矩和轴力值。型钢、钢筋或混凝土的本构其中，ε=混凝土应变，σ=混凝土应力，E=混凝土弹性模量，ε=受拉应变，ε曲线插值确定。塑性铰塑性变形的计算是基于塑性流动法则。每个塑性铰有三个塑性变形分量：一个轴向塑性应变分量和两个分别对两个主轴的塑性铰转角分量。根据相关塑性流动法则，塑性铰的塑性变形向量与塑性铰屈服按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),剪力墙将分为约束边缘构件和普通墙体。在非线性分析时，采用非线性壳元＋非线性杆元模型模拟剪力墙。非线性壳元将用于模拟剪力墙墙身，非线性杆元模拟约束边缘构件混凝土的受压应力-应变关系采用了Mander曲线单元组成：EC2壳单元和Seismic-Be单元考虑了分布在其中的钢筋（图13.4b)，能够模拟混凝土受拉开裂、压溃和钢筋的屈服振型LS-DYNA弹塑性分析模型ETABS弹性LS-DYNA特征值求解功能可以进行小变形下的模态分析。特征值求解时，构件的表13.1给出了LS-D1'NA弹塑性分析模型和ETABS弹性模型的前根据弹塑性时程分析的结果，对框架梁、框架柱的塑性转角或剪力墙的混凝土、钢筋应变与上述限值对比，判别三条地震波作用下最大顶点位移及最大层间位移角详见表13.2，X/Y向最大层间位移表13.2X:Y:Z表13.3基底剪力及基底倾覆X:Y:Z基底剪力（KN）