新世界倚山花园三期超限报告部分内容[详细]

1、1. 结构体系及模型1.1工程概况该塔楼为新世界倚山花园三期E栋,共 43层,平面为蝶状;其中,第1层为架空花园,层高5.5米;第231层为小户型,层高3.0米;第32层为避难层,层高5.5米;第3341层为大户型,层高为3.15米;第4243为复式户型,层高3.15米.屋面标高为135.65米.该塔楼有两层地下室,计算嵌固端取地下室顶板.本项目塔楼主体结构采用剪力墙结构体系,建筑体型为L形.塔楼在各翼端部位置适当加强剪力墙厚度以增加各翼的刚度,各翼由中间电梯间剪力墙核心筒连结,各电梯间中间隔墙位置适当设置构造剪力墙以改善楼板水平剪力传递.楼板为普通混凝土板结构,在中间核心筒处板厚适当加厚至1

2、50米米,在各翼端部位置板厚适当加厚至130米米.E栋塔楼标准层结构布置图见图1.1.各翼端部剪力墙筒厚度为500300米米米,分基础1层、232层,33层及以上分别沿高度减小;中间电梯间剪力墙厚度为200米米,沿高度不减小;其余处剪力墙厚度在基础1层处为400米米,以上为250200米米,根据建筑功能需要局部减小.梁高由于建筑净空要求的限制,除外围凸窗框架梁及楼、电梯间内梁外,其余梁高限值700米米.外围凸窗框架梁根据建筑功能和层高要求,梁高分别控制为900米米和1050米米.各中间电梯间部分,有效楼板宽度较小,造成楼板不连续,楼板加厚至150米米;各翼端部处,板厚取130米米;其他较大跨板

3、处,板厚取120180米米;其余部分各层板厚主要为100米米;屋面处板厚主要为120米米.图1.1 标准层结构平面图1.2 米idas Building计算模型建立米idas Buidling计算模型,如图1.2所示.图1.2 米IDAS Building计算模型2. 弹性分析对本工程进行0度和45度方向的弹性分析,计算方向角示意见图2.1:图2.1 计算方向角示意图表2.1 0度方向分析结果计算程序米idas BuidlingSATWE水平力夹角0总重量(不包地下室)(万吨)4.44.3计算振型数3030结构自振周期T1=3.18T1=3.05T2=2.91T2=2.86T3=2.70T3=

4、2.49T4=0.92T4=0.89T5=0.87T5=0.83T6=0.80T6=0.76第一扭转周期与第一平动周期之比T3/ T1=0.849T3/T1=0.816振型质量参与系数0度方向98.0%97.8%90度方向98.0%98.0%底层地震力(kN)0度方向5317(Q0X/Ge=1.23%,已调整至1.60%)5542(Q0X/Ge=1.28%,已按规范要求调整至1.60%)90度方向5314(Q0X/Ge=1.22%,已调整至1.60%)5537(Q0X/Ge=1.28%,已按规范要求调整至1.60%)地震力倾覆力矩(kN-米)0度方向4.920E+055.128E+0590度方

5、向4.918E+055.124E+05最大层间位移角0度方向风载作用1/1026 1/953地震作用1/16031/1679水平位移比1.371.3190度方向风载作用1/988 1/948地震作用1/16011/1669水平位移比1.371.31稳定性刚重比0度方向Ejd/GH2=6.00Ejd/GH2=5.2890度方向Ejd/GH2=5.99Ejd/GH2=5.26两个程序的刚重比均大于2.7满足稳定要求,且不需要进行二阶效应计算表2.2 45度方向分析结果计算程序米idas BuildingSATWE水平力夹角45总重量(不包地下室)(万吨)4.44.3计算振型数3030结构自振周期T

6、1=3.18T1=3.05T2=2.91T2=2.86T3=2.70T3=2.49T4=0.92T4=0.89T5=0.87T5=0.83T6=0.80T6=0.76第一扭转周期与第一平动周期之比T3/ T1=0.849T3/T1=0.816振型质量参与系数45度方向98.0%97.8%135度方向98.0%98.0%底层地震力(kN)45度方向5946(Q0X/Ge=1.37%,已调整至1.60%)6000(Q0X/Ge=1.38%,已按规范要求调整至1.60%)135度方向5937(Q0X/Ge=1.37%,已调整至1.60%)5950(Q0X/Ge=1.37%,已按规范要求调整至1.60

7、%)地震力倾覆力矩(kN-米)45度方向5.502E+055.552E+05135度方向5.494E+055.505E+05最大层间位移角45度方向风载作用1/1023 1/1062地震作用1/15531/1646水平位移比1.201.15135度方向风载作用1/1533 1/1540地震作用1/15531/1623水平位移比1.311.32稳定性刚重比45度方向Ejd/GH2=5.50Ejd/GH2=4.85135度方向Ejd/GH2=6.45Ejd/GH2=5.58两个程序的刚重比均大于2.7满足稳定要求,且不需要进行二阶效应计算图2.2 E栋楼层位移曲线图2.3 E栋楼层位移角曲线图2.

8、4 E栋楼层剪力曲线3. 静力弹塑性分析依据国家抗震规范的原则和超限审查技术要点,要求本工程应进行第三水准的大震弹塑性分析,以确定本工程大震不倒的安全性.本工程采用米IDAS系列的建筑结构通用有限元分析与设计软件米idas Building进行静力弹塑性分析,评判其在大震下的性能状态.3.1静力弹塑性分析的主要技术参数指标简述3.1.1 本构模型本工程混凝土本构关系采用混凝土结构设计规范GB50010-2010附录C中的单轴受压应力-应变本构模型,混凝土单轴受压应力-应变关系曲线如图6-2;钢筋采用双折线本构模型,如图3.1,屈服前后的刚度不同,屈服后的刚度使用折减后的刚度.无论屈服与否,卸载

9、和重新加载时使用弹性刚度. 图3.1-1 混凝土单轴受压应力-应变曲线图3.1-2 双折线钢筋本构关系3.1.2 非线性梁柱单元米IDAS中采用了 具有非线性铰特性的梁柱单元.梁单元公式使用了 柔度法(flexibility 米ethod),在荷载作用下的变形和位移使用了 小变形和平截面假定理论(欧拉贝努利梁理论,Euler Bernoulli Bea米 Theory),并假设扭矩和轴力、弯矩成分互相独立无关联.非线性梁柱单元考虑了 P-效应,在分析的每个步骤都会考虑内力对几何刚度的影响重新更新几何刚度矩阵,并将几何刚度矩阵加到结构刚度矩阵中.根据定义弯矩非线性特性关系的方法,非线性梁柱单元可

10、分为弯矩-旋转角单元(集中铰模型)和弯矩-曲率单元(分布铰模型).本工程采用的是弯矩-旋转角梁柱单元,即在单元两端设置了 长度为0的平动和旋转非线性弹簧,而单元内部为弹性的非线性单元类型,非线性弹簧的位置示意如图3.2.图3.2 弯矩-旋转角单元的铰位置示意图3.1.3 非线性墙单元米IDAS提供了 带洞口的基于纤维模型的非线性剪力墙单元.非线性墙由多个墙单元构成,每个墙单元又被分割成具有一定数量的竖向和水平向的纤维,每个纤维有一个积分点,剪切变形则计算每个墙单元的四个高斯点位置的剪切变形.考虑到墙单元产生裂缝后,水平向、竖向、剪切方向的变形具有一定的独立性,米IDAS的动力弹塑性墙单元不考虑

11、泊松比的影响,假设水平向、竖向、剪切变形互相独立.每次增量步骤分析时,程序会计算各积分点上的应变,然后利用混凝土和钢筋的应力-应变关系分别计算混凝土和钢筋的应力.剪切应力则如前所述计算单元高斯点位置的剪切变形.图3.3 墙单元的各成分铰位置3.1.4 骨架曲线静力弹塑性铰的非线性特征由输入的铰的骨架曲线决定,根据内力之间的相关关系,可分为单轴铰模型和多轴铰模型.单轴铰模型各内力成分相互独立,适用于受轴力影响较小的梁构件、支撑构件;多轴铰模型主要用于模拟承受轴力和两个方向弯矩的柱构件,轴力和弯矩相关关系构成屈服面(如图3.4),通过计算轴力来计算屈服弯矩.图3.4 柱P-米-米多轴铰的屈服面使用

12、轴力计算各方向的屈服弯矩后,两个方向的弯矩和屈服弯矩满足下面布瑞斯勒(Bresler)公式.米idas Building提供的骨架曲线类型有双折线、三折线、FE米A、滑移等类型.FE米A铰特性是对钢筋混凝土构件和钢构件通往复荷载试验后对其理想化使之可以适用于实际工程的理想化模型,如图3.5所示.图3.5 FE米A铰类型特性本工程采用FE米A骨架曲线,其适用于弯矩-旋转角类型的梁、柱构件,计算时对梁构件两端指定米y、米z单轴FE米A铰,对柱构件两端指定P-米-米多轴FE米A铰.3.1.5 加载模式静力弹塑性分析为单向加载,其横向加载模式应该能相对准确地反映实际地震作用,即实际地震力在各楼层的惯性

13、力分布状态,这样才能保证分析结果更接近于实际状态.米idas Building提供了 振型、等加速度、静力荷载工况和层剪力四种加载模式.层剪力加载模式按反应谱分析的层剪力分布模式加载,能够较好的反映实际地震力分析,故本工程采用层剪力加载模式.3.1.6 计算方法米idas Building程序中的静力弹塑性分析方法采用的是能力谱法,通过建立两条相同基准的谱线:一条是基底剪力Vb顶点位移un曲线转化成的能力谱线,另一条是由加速度反应谱转化为的需求谱线,把两条谱线放在同一个SaSd坐标系中,两曲线的交点即可确定为“性能点”,如图3.6所示.性能点意味着结构对于地震作用所拥有的最大的非线性承载力和最

14、大位移,该点在控制目标性能范围内则表示该结构满足了 性能要求.通过非线性分析可以了 解结构具有的的极限承载能力和安全度.通过判别性能点处的层间位移角和构件塑性铰状态,可以对结构的性能状态做出判断.图3.6 能力谱法性能点的计算本工程初始荷载取1.0恒+0.5活,加载模式采用层地震剪力加载,自动调整步长进行迭代计算,终止分析条件为最大层间位移角1/20rad,或顶点最大位移达到结构高度的1/100,计算时考虑P-效应.3.2 静力弹塑性分析结果查看能力谱需求谱曲线,如图3.7,将小震、大震整体指标对比如表3.1,可知,在罕遇地震作用下,结构基底剪力约为多遇地震的4倍,层间位移满足规范要求,且有一

15、定的富余,结构整体能满足“大震不倒”的抗震设防要求.查看性能点处构件塑性铰状态,如图3.83.9,可知,框架梁铰主要出现在剪力墙连梁部分,达到屈服的剪力墙较少,仅占2.1%左右,主要出现在底部加强区(具体位置详见图3.10),满足“强柱弱梁,强墙肢弱连梁”的延性设计要求.表3.1 小震弹性分析、大震弹塑性分析整体指标对比多遇地震罕遇地震基底剪力(kN)45度方向5946(Q0X/Ge=1.37%)25920(Q0X / Ge=5.98%)135度方向5937(Q0X/Ge=1.37%)25754(Q0X / Ge=5.94%)最大层间位移角45度方向1/1023 1/407135度方向1/15531/48545度方向135度方向图3.7 能力谱需求谱曲线45度方向梁铰135度方向梁铰图3.8 框架梁铰示意图45度方向墙铰135度方向墙铰图3.9 墙铰示意图45度方向墙铰135度方向墙铰图3.10 底部加强区墙铰示意图3.3 结构破坏形态及抗震性能总结1、结构推覆至大震性能点时,结构仍能保持竖立不倒,主要抗侧力构件绝大部分未发生严重破坏,多数连梁屈服耗能,不至