浅析超高层建筑的结构设计.docx

浅析超高层建筑的结构设计【摘要】本文主要简析某超高层框架―核心筒结构体系的结构分析验算方法分析表明超高层建筑顶部小塔楼鞭梢效应明显同时混凝土徐变会引起较大的竖向变形差应采取有效措施消除这些不利影响。【关键词】框架―核心筒、鞭梢效应混凝土徐变1.工程概况该超高层工程设有6层地下室均用作机动车库及设备用房（地下6层为人防地下室）地下室底板面标高为-22.60米。地面以上为59层其中首层～6层为商务办公及餐厅13、29、45层为避难层30层为设备层其余各层均作办公用途地面以上至屋面高度为264.75米加上屋面以上电梯机房及构架高度为312米。最大高宽比为5.63总建筑面积约154053O。2.结构设计及分析2.1结构布置及抗震等级本工程由于高宽比不大、核心筒尺寸较大故考虑采用技术成熟的钢筋混凝土框架―核心筒结构体系。落地核心筒为主要的抗侧力构件结合建筑平面及立面造型外围布置了6根1.3×3.4m的钢筋砼大柱和8根直径为φ1600～φ1800的钢管混凝土柱以稀疏框架的形式来满足高档办公楼有大面积、开阔景观视野及尽量增加实用建筑面积的功能要求同时亦可满足地下室车库最大限度停放车辆的需要。结构主体高度超过B类建筑高度限值建筑结构抗震设防类别为乙类核心筒剪力墙及周边框架抗震等级为特一级。2.2结构采取的分析验算方法和加强措施针对本工程的特点采取了下列分析验算方法和加强措施：1）分别采用SATWE、PMSAP和MIDAS/Gen3个不同的空间结构分析程序对结构在小震及风作用进行弹性计算对3种程序计算的结果加以判断后用于构件设计。2）按“屈服判别法”进行中震不屈服验算（验算时荷载分项系数取1.0材料强度取标准值）分别按小震（αmax=0.08）屈服判别地震作用1（αmax=0.16）屈服判别地震作用2（αmax=0.20）中震（αmax=0.23）进行验算以判别在此四种情况下结构构件是否屈服何时屈服及属何种屈服从而检查和掌握本工程中震水准抗震性能满足“中震可修”的设计要求。3）适量加强落地剪力墙的配筋落地剪力墙的抗震等级按特一级设计底部加强部位（-2～6层）剪力墙分布筋的最小配筋率为0.6%7～30层剪力墙分布筋最小配筋率为0.5%31层及以上层剪力墙分布筋最小配筋率为0.4%保证剪力墙在罕遇地震作用下有良好的延性确保剪力墙在罕遇地震作用下不出现剪切铰。4）验算罕遇地震作用下楼板薄弱位置的抗拉、抗剪强度并保证其满足强度要求（验算时荷载分项系数取1.0材料强度取标准值）以确保在罕遇地震作用下楼板仍能作为刚性隔板可靠传递水平剪力。5）按10年一遇风荷载取值计算顺风向横风向结构顶点最大加速度αmax以不超过《高规》4.6.6表的限值作为检验是否满足舒适度要求同时将在专门风洞试验中提出舒适度评估要求。6）采用MIDAS/Gen软件对结构进行大震下的Pushover分析以验证结构能否满足大震阶段不倒塌的抗震设防水准要求并寻找薄弱楼层与薄弱构件制定相应的加强措施。7）采用BEPTA和ABAQU6.5软件对结构进行大震下的动力弹塑性时程分析。8）采用MIDAS/Gen软件通过模拟实际施工中结构逐层搭建和加载的方法考虑混凝土和钢管混凝土随时间变化的徐变收缩特性来分析混凝土徐变收缩变形对结构的影响。2.3结构分析结果1）小震及风作用：用SATWE、PMSAP和MIDAS/Gen3个不同的空间结构分析程序对结构在小震及风作用进行弹性计算结果表明本工程各项整体指标均能满足相关规范的有关要求或未超出规范规定的最大限值；完全能达到“小震不坏”的第一阶段的抗震性能目标。2）中震作用：按“屈服判别法”进行中震不屈服验算的结果表明在小震及屈服判别地震作用1时所有梁不出现受弯屈服；在判别地震作用2及中震时核心筒连梁出现屈服（主要表现为面筋配筋率略>2.5%）仅出现轻微的损伤。故本工程能满足中震重要构件不屈服所有构件不发生剪切破坏的抗震性能目标要求。3）大震作用：在大震作用下分别进行了静力弹塑性分析（Pushover）和动力弹塑性分析。两种分析方法在性能点处的指标见表1。由表1可见大震作用下结构的抗震性能满足防倒塌的抗震设计目标。表1静力弹塑性、动力弹塑性分析性能点处的相关指标4）顶部小塔楼鞭梢效应：本工程屋面以上的电梯机房及构架高度将近50米高该部分顶部14米的结构布置如图1.（a）所示根据satwe程序计算其配筋较小各项指标也满足要求但根据动力弹塑性分析结果该顶部小塔楼部分在大震作