广东某超限高层建筑结构设计.docx

广东某超限高层建筑结构设计[摘要]本工程为超出规范规定的B级高度高层建筑存在局部墙体不连续。设计时采用ETABS、SATWE软件进行整体计算分析补充了弹性时程分析、静力弹塑性分析确保结构的安全使用。1工程概况某超限高层为办公楼、酒店、公寓建筑面积约14万m2地上70层结构高度280.7m。工程设计基准期为50年抗震设防烈度为6度地震分组为第一组主塔楼部分经常使用人数约7190人未超过8000人抗震设防类别为丙类结构安全等级为二级场地特征周期Tg=0.35s。结构基本风压取50年一遇的W0=0.55KN/m2结构承载力计算时按基本风压的1.1倍采用；地面粗糙度类别为C类。风荷载采用风洞实验的结果。2结构体系采用框架-核心筒结构。机房顶结构高度为288.0m。建筑平面长、宽均为49.6m建筑平面沿高度方向渐变至70层为49.6×49.6m正方形平面四角设置4根斜柱支撑斜柱倾角为2.448°；70层屋面四周向上为悬挑钢构架顶点标高为293.92m。核心筒外围尺寸为25.6×25.6m外墙厚度从900mm变化至350mm；内墙从400mm变化至200mm；52层以上核心筒内右侧楼板开洞14×24m部分内墙取消。其中5层及以下的核心筒外墙内设置圆钢管钢管截面为500×256～50层核心筒四个转角墙段内设置型钢以提高剪力墙的承载力、刚度及延性。49层及以下外围框架由20根矩形钢管混凝土边柱、4根矩形钢管混凝土边斜柱及钢框架梁组成。50层及以上外围框架柱及斜柱转换成普通钢筋混凝土柱楼盖梁采用普通钢筋混凝土梁方便柱、梁、墙的连接；51～62层利用建筑的分隔墙设置8道剪力墙以改善结构整体刚度墙下设置转换梁高度为第50层的层高局部开门洞和设备洞口。整体结构图如下图。3计算结果分析及超限检查主体分析采用SATWE程序及ETABS软件进行计算分析其结果如下：1）ETABS与SATWE的计算结果包括总质量、周期及振型、风荷载及地震荷载作用下的基底反力及侧向位移、内外筒承担剪力及倾覆弯矩的比例等均比较接近没有出现原则性冲突或矛盾的结果。2）计算振型数60振型质量参与系数为∑Ux=95%∑Uy=96%满足规范要求。3）本工程属扭转规则第一、二振型均为平动振型扭转因子为0.0第三振型为扭转振型扭转因子为1.0且扭转规则表明结构质量与刚度分布对称、均匀无扭转耦联效应。仅需计算单向水平地震作用并考虑偶然偏心。4）刚重比：X方向：1.4工程主要超限情况：（1）结构主体高度为280.7m超出规范规定的B级高度钢筋混凝土框架-核心筒结构在6度区最大适用高度210m；（2）50层局部墙体不连续。4时程分析根据广东省地震工程实验中心提供的六组天然波地震和三组人工波本工程采用弹性时程分析法进行了计算选取7条反应较大的波统计各地震波谱曲线的平均值在结构主要周期和反应谱的比较均在20%之内。结构在各地震波作用下的基底剪力、结构位移及内力曲线均能满足规范要求。当取七组时程曲线进行计算时结构地震作用效应应宜取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值经对比本工程应取振型分解反应谱（地震安评的）法计算结果作为设计依据。5静力弹塑性分析静力弹塑性分析方法――Pushover分析方法：将按照一定分布规律的侧向荷载施加在结构上单向逐级加载得到每个构件的内力和变形若加载过程中发生弹塑性则修改刚度矩阵继续加载直到结构参考点位移达到性能水准点。该方法是目前技术水平下较为成熟和实用的简化的弹塑性分析方法。计算结果显示X、Y方向均能找到结构能力谱与大震需求谱的交点（性能点）且性能点处结构最大层间位移角分别为X方向（39层）：1/248对应的基底剪力为68650KN；Y方向（59层）：1/239对应的基底剪力为73070KN。推覆过程中结构的破坏机制描述如下：首先当基底剪力达到2.9倍小震剪力（ETABS结果）左右混凝土剪力墙出现开裂推覆曲线出现折点；紧接着连梁出现塑性铰随着推覆的进行出现塑性铰的连梁数量不断增加塑性转角不断增大并达到大震的性能点。之后结构相继出现以下状态：剪力墙的钢筋受拉屈服柱出现柱铰结构的最大层间位移角达到1/100。最后结构剪力墙压碎。可以得到以下结论：a、结构在pushover下的损伤过程与概念判断基本一致。b、结构在大震时的最大层间位移角满足规范小于1/100的要求。c、各类构件均能满足设定的性能要求。d、静力弹塑性分析显示结构能够满足大震性能目标。6针对超限的加强措施针对结构超限情况采取以下加强措施：①提高核