超限结构的抗震设计案例分析.docVIP

超限结构的抗震设计案例分析 　　摘要：随着经济的发展，建筑功能对于结构的要求也不断提高，超限高层的抗震设计逐渐成为结构设计的主要内容。本文以上海某超限高层为例，介绍了超限高层设计的一般思路，以供参考。 　　关键词：超限高层；抗震设计 　　1工程概况 　　本项目地处上海市闸北区。地下两层，地上左半部分为18层，右半部分为24层，建筑总高度76m，总建筑面积18051.41m2。临街面带两层商业裙房。地上左、右两部分以及商业裙房均无缝连接。塔楼3层以上为住宅功能，1、2层为会所；其临街面2层裙房地上1层为商业用途，地上2层作为会所的一部分。地下2层均作为车库。 　　2建筑结构布置和超限情况说明 　　2.1建筑结构布置 　　本工程高层塔楼采用钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系，裙房高度范围内采用框架剪力墙结构体系。高层塔楼总长度57.5m，宽17.05m，建筑结构高度为76.0m，高宽比约为5.56，满足高宽比限值要求。1层层高5.2m，2层层高4.2m，3层及以上为标准层，层高3m。裙房地上1层层高5.5m，2层层高4.2m。地上各层结构布置图见图1～3。 　　图1地上1、2层结构布置图 　　图2地上3～19层结构布置图 　　图3地上20～24层结构布置图 　　2.2超限情况的认定 　　⑴由于建筑功能的需要，部分剪力墙不能直接连续贯通落地，需要在三层平面设置梁式转换。根据《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》，本结构属于竖向不规则（竖向抗侧力构件不连续类型）结构。 　　⑵同时，也由于建筑功能的需要，19层及以上楼层平面尺寸均收进―左单元完全消失，仅留一个右单元。这样，在19层，其收进尺寸大于相邻下一层（即18层）的30%。根据《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》，本结构属于竖向不规则（侧向刚度不连续类型）结构。此外，裙房高度小于主楼高度的20%，故不需考虑在裙房屋面层（即主楼的第三结构层）的楼层平面尺寸收进所带来的超限问题。 　　⑶经计算，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍，但小于1.4倍，详见表1。按《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》文，本结构属于平面不规则（扭转不规则类型）结构。 　　根据以上分析，本工程属于超限高层。 　　3结构分析 　　3.1采用的结构分析计算程序 　　采用中国建筑科学研究院编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件-SATWE（壳元墙元模型）》和PMSAP两种不同的结构空间有限元计算程序分别利用振型分解反应谱法进行整体计算。然后采用PMSAP进行弹性时程分析补充计算。 　　3.2结构分析所采用的整体计算嵌固部位，结构分析输入的主要参数； 　　⑴在计算嵌固层上下层刚度比时采用“剪切刚度”算法，在计算配筋时采用“地震剪力与地震层间位移的比”算法。 　　⑵弹性时程分析所取地面运动最大加速度为35gal，选取上海市建筑抗震设计规程SHW1，SHW3和SHW4进行结构弹性时程分析。其中SHW1为人工模拟的加速度时程曲线，SHW3，SHW4为根据实际强震记录（El-Centrol波，Taft波）调整后的加速度时程曲线。 　　3.3反应谱法主要计算结果及对比分析： 　　嵌固层的判定： 　　根据SATWE计算结果，地下室楼层侧向刚度与一层侧向刚度比：X向为2.53；Y向为1.62均大于1.5。 　　在施工图设计时，按照规范采取一定措施后，可以将地下室顶板作为3#楼上部结构的嵌固部位。（注：以下计算均取地下室顶板作为上部结构的嵌固部位）。 　　主要计算结果及分析： 　　表1整体计算结果汇总 　　两个力学模型计算结果相近，可以认为计算分析结果真实可靠。 　　两个力学模型计算的总重量几乎相等；前6阶振型周期相近，动力方向一致；第一扭转周期与第一平动周期之比相当且均小于0.85，满足《高层混凝土结构技术规程》的相关要求。有效质量参与系数均大于90%，所取振型数足够。 　　X、Y向地震作用下，基底剪力相差不大，各楼层剪重比均大于1.6%。单向地震和双向地震作用下，在X向和Y向，高层建筑的层间位移角均1/1000，首层、二层（框支层）层间位移角1/2000。X、Y向考虑偶然偏心地震作用下，最大层间位移比和最大位移比仅Y向大于1.2（X向均小于1.2），但是Y向SATWE计算结果比值为1.30；PMSAP计算结果比值为1.26，均小于1.4。以上各指标均满足规范要求。 　　抗侧力结构的层间抗剪承载力均大于相邻上层的80%。采用剪切刚度计算，楼层侧向刚度均大于相邻楼层侧向刚度的70%，及其上相邻3层侧向刚度平均值的80%。均满足《高层混凝土结构技术规程》和《建筑