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某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震分析

某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震

分析

摘要:在超高层住宅建筑中,剪力墙结构为其主要的结构形式。合理布置剪

力墙,能够使超高层建筑具有更强的抗震性、舒适性和安全可靠性。一般对于建

筑高度100m以内的建筑,剪力墙布置较为简单,主要是根据建筑所需的内外墙

布置,适当将这些砌体墙在合适的位置改成剪力墙,既满足建筑功能又满足结构

安全需要即可。但对于超高层建筑,尤其超限高层,由于建设方追求户型的品质,结构高宽比远大于规范值,又要求户内剪力墙尽量的薄,这就给我们结构设计带

来很大的挑战。下面就以武汉绿城·黄浦湾项目1#楼为实例介绍一下超高层住宅

结构剪力墙设计及抗震分析的一些经验。

关键词:超限高层、性能目标、剪力墙、弹塑性时程

1、工程概况

武汉绿城·黄浦湾项目坐落武汉江岸区二七滨江商务区。项目总占地面积47954平方米,拟建建筑面积384674平米,其中地上建筑面积279997㎡,地下建筑面积88997㎡;综合容积率5.84。拟建建筑含6栋169.9米的超高层;3栋140米超高层;2栋100米以下高层。

本工程 1#楼地下二层,地上层数为 51 层,房屋高度为 169.90m,建筑面积24914m2,为钢筋混凝土剪力墙结构,属于 B 级高度建筑,按《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(2015 版)要求须进行结构抗震专项审查。

1#楼超限情况见下表:

2、结构布置及设计理念

1#楼结构标准层布置

根据上图及结构超限统计表格可以看出,本工程建筑高度169.9m,接近《高

层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010)中对6度区B级剪力墙结构高度限值(170m),结构等效高宽比8.6,超规范限值(规范限值)约45%,且该建筑位于

长江边,按规范地面粗糙度取B类,风荷载较大,结构层间位移角受风荷载控制。本工程属于江景豪宅,建筑开间较大,且要求户内剪力墙不能做的太厚(厚度不

大于300mm为宜)。为了满足建筑功能又能满足结构计算指标的要求,本工程设

计时,在剪力墙布置方面采取以下措施:

(1),建筑四周剪力墙加厚,按400~500mm控制,增强结构整体抗扭及抗

侧能力,以满足规范位移比、位移角及刚重比等要求;

(2),建筑图中A轴与M轴面需要大开间,不能设置较长的横向墙肢,为

解决结构抗侧刚度不足问题,跟建筑专业协商,在阳台部位将剪力墙加厚,形成

一个大端柱带一段墙肢的结构型式,既增加结构抗侧刚度,又能减小户内剪力墙

厚度。根据计算,户内剪力墙可以控制在300mm以内;

(3),建筑内部剪力墙,主要作用为承担竖向荷载及剪力。对于6度区,

地震剪力较小,内部剪力墙主要以重力荷载控制为主,因此,为了满足建筑功能

要求,剪力墙尽量做薄,厚度基本以轴压比控制为主;

(4),控制剪力墙截面高厚比:根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.7条要求,当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时,宜按框架柱进行截

面设计。当剪力墙结构中存在少量框架时,根据《高规》第8.1.3及条文说明,

其最大适用高度仍按框架-剪力墙结构的要求执行。本工程建筑高度为169.9m,

已经达到6度区B级剪力墙结构高度限值(170m)。如果按框剪结构确定结构最

大适用高度(框剪结构为160m)则本工程为超B级结构。而本建筑又位于武汉市

抗震救灾道路附近(江北快速路),结构大屋面高度大于道路红线宽度及其后退

距离之和,根据《武城建规》【2016】5号文及其修订之规定,本工程抗震设防

类别应定为重点设防类,其性能目标不应低于C级。这样结构抗震等级也会相应

提高一级,对工程造价有较大影响。本建筑端部墙肢较厚,为避免按框剪结构划

定重点设防类别,设计时与各方争取,确保墙肢截面高厚比大于4,按纯剪力墙结构设计及控制相关指标,减少不必要的浪费。

(5),首层层高过高的处理方法:建筑方案为追求豪华大气,首层层高为9.35m,加上一层结构板面标高为-0.7m,一层结构层高达10.05m。而二层层高仅为3.3m,侧向刚度差距过大,形成薄弱层,对抗震不利。如要满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.2条之规定,须大大加厚一层剪力墙,对建筑功能造成一定的影响(如大堂面积、走道净宽等)。因此,在设计时,在建筑允许的范围设置夹层楼板,标高6.0m,减小首层部分剪力墙计算高度;在有建筑砌体的位置设置结构附加墙,增加首层侧向刚度,满足规范及大震弹塑性计算要求。

3、结构计算性能目标与荷载

3.1,抗震性能目标

根据国家、地方规范并兼顾经济性要求,本项目结构抗震性能目标为D,抗震性能水准具体如下:

3.2 地震作用

根据《抗震规范》(GB50011–2010)表 5.1.2-2的要求,本场地抗震设防烈度为6度,地震分组为第一组,结构抗震等级为二级,场地类别为Ⅱ类场地。

结合中国地震动参数区划图(GB18306-2015)要求及《市城建委市民防办关于执行中国地震动参数区划图等文件的通知》武城建【2016】154号文。地震参数如下:(根据武汉市勘察设计有限公司提供的《武汉绿城·黄浦湾项目岩土工程详细勘察报告书》显示建筑场地类别为Ⅱ类,但与Ⅲ类场地较为接近,按按《抗规》GB50011-2010(2016年版)第4.1.6条及条文说明对场地特征周期予以调整。本工程土层等效剪切波速约为167m/s ,场地覆盖层厚度约为45.0m ,按4.1.6条条文说明图7插值,本场地特征周期在多遇地震和设防地震下取0.39s ,在罕遇地震下取0.44s 。)

3.3 风荷载

基本风压: W0=0.35kN/㎡, 承载力设计时风荷载为0.35x1.1kN/㎡

(舒适度计算时取十年一遇风压W0=0.25kN/㎡),地面粗糙度类别:为B类,风荷载体形系数为1.4 (考虑相邻建筑风干扰影响,干扰系数1.2)。

3.4 设计软件

弹性阶段计算分析采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析及设计软件SATWE作为结构设计、计算主要依据,采用Midas Building进行对比校核分析。

弹塑性阶段计算分析采用北京迈达斯技术有限公司编制的Midas Building 进行弹塑性动力时程分析计算,并用采用高性能弹塑性动力时程分析软件SAUSAGE 进行补充计算。

4、多遇地震及风荷载计算结果 4.1 多遇地震弹性及风荷载计算结果 a 、刚重比:

结构的在风荷载及地震作用下X 向刚重比均大于2.7,能够满足高规第5.4.4条对整体稳定验算的要求;结构的在风荷载及地震作用下Y 向刚重比小于2.7,因此计算中应考虑重力二阶效应。

b 、周期比:

SATWE软件和Midas软件计算的模态基本一致,前三阶振型分别为Y向平动、X向平动及扭转。

c、剪重比

根据SATWE和Midas计算结果,楼层剪重比见下图:

由上图可以看出两种软件计算剪重比基本一致。

本工程楼层最小地震剪力系数按规范要求X向为0.83%,Y向为0.83%。

SATWE计算结果显示,X向地部有7层不满足要求,计算最小值为0.72%,Y

向有3层不满足要求,计算最小值为0.73%

d、层间位移角

层间位移角定义为相邻楼层竖向构件水平位移变化量与楼层层高之比。主楼

地震作用下(规范反应谱)和风荷载作用下最大位移角计算结果如下:

从上表可以看出,两种软件计算结构层间位移角均满足规范要求。X向层间位移角为地震控制,Y向层间位移角为风荷载控制。

e、位移比

考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移与该楼层相应平均值的最大比值见下表:

由上图标可见,在考虑偶然偏心影响,X方向规定水平地震力作用下,主楼竖向构件位移比均小于1.20,Y方向规定水平地震力作用下主楼某些楼层竖向构件位移比等于1.35,但各楼层均小于1.4,满足规范要求。

4.2 多遇地震弹性时程计算结果

依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010),本工程采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,选取了武汉地震工程研究院有限公司提供的7组地震

波进行时程分析,其中5组为天然波,2组为人工波,均满足《高规》第4.3.5条要求。时程分析与反应谱法底部剪力结果比较见下表:(剪重比调整前)

项目地震波

作用方向角

CQ

C法

(V1)

工波1

(V2)

工波2

(V3)

然波1

(V4)

然波2

(V5)

然波3

(V6)

然波4

(V7)

然波5

(V8)(

底部

力0

º

53

42.8

42

64.6

36

24.1

37

95.8

53

52.2

55

45.4

43

31.4

52

73.4

V

*/v1

0.

80

0.

69

0.

71

1.

00

1.

04

0.

81

0.

99 9

54

06.3

48

98.5

36

55.2

47

38.6

48

20.6

49

58.9

54

07.9

53

70.1

V

*/v1

0.

91

0.

68

0.

88

0.

89

0.

92

1.

00

0.

99

弹性时程分析法计算所得结构的各项指标均满足规范要求。弹性时程分析法计算结果显示,结构的反应特征、变化规律等与前述振型分解反应谱法分析计算结果基本一致。除顶部若干层外,大部分楼层按振型分解反应谱法计算所得剪力均大于七条时程曲线计算所得剪力的平均值,这说明按振型分解反应谱法计算时应考虑高阶振型给结构带来的不利影响。因此,在施工图设计时将全楼地震放大系数取1.1。

5、罕遇地震弹塑性计算结果

为确保在大震作用下结构能达到预定的抗震性能目标,并找出结构的薄弱部位及塑性铰发生的部位,本工程采用Midas Building计算软件对结构进行动力弹塑性分析。本项目抗震设防烈度为6度,大震弹塑性时程分析所用地震加速度时程曲线有效峰值取为125cm/s2,根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定及本工程结构类型、自振周期等具体情况,采用武汉地震工程研究院有限公司提供的该场地两组天然波和一组人工波共三组大震波,进行大震弹塑性分析,三组地震波的频谱特性、有效峰值和持续时间等均满足规范要求。

5.1 弹塑性动力时程分析结果汇总表:

a、基底剪力

b、层间位移角

根据以上弹塑性分析结果图表可知,罕遇地震作用下结构的基底剪力为多遇

地震作用下的4.5~6.0倍,最大层间位移角均满足规范的要求,且有一定的余量,达到了“大震不倒”的抗震设防要求。通过对比三组地震波的弹塑性时程分析结果,可以发现在三组地震波作用下结构的塑性发展程度相差不大,且均满足规范

要求。

5.2 结构构件损坏情况(SAUSAGE补充计算结果)

5.3 结构弹塑性分析总结

a、在罕遇地震作用下,各组地震波计算完成后结构依然处于稳定状态,整

体没有出现不可恢复的较大侧向变形。3组地震波作用下,0º、90º方向弹塑性

层间位移角最大值分别为1/326、1/235,均小于1/133,满足规范的弹塑性层间

位移角限值规定。

b、在罕遇地震作用下,随着时间的推移,结构的破坏形态可描述为:在罕

遇地震下连梁最先出现塑性铰,随后部分框架梁进入塑性阶段并参与结构整体塑

性耗能,随着时间的增长,耗能构件的塑性发展越明显,大部分连梁及部分框架

梁进入第2屈服状态,即受弯屈服。

c、在罕遇地震作用下,剪力墙中局部混凝土剪应变等级超过3级,即达到

屈服状态,主要出现在一层附加墙肢墙肢。这主要是由于在地震力作用下,这些

位置的剪力墙出现应力集中所致。但可以看出结构的整体损伤程度并不严重,底

部加强区剪力墙混凝土剪应变等级基本保持在3级以内(仅一层部分附加墙肢达

到5级,这些墙肢的破坏不会对结构整体安全造成影响),且全部剪力墙的混凝

土受压均未屈服、钢筋均保持弹性状态,因此可认为罕遇地震作用下剪力墙工作

性能良好。

d、根据各组地震波弹塑性时程分析结果可知,竖向构件没有发生严重破坏,多数连梁屈服耗能,部分框架梁参与塑性耗能,但重要构件的塑性发展被限制在

一定程度范围之内,未出现引起局部倒塌或危及结构整体安全的情况。整体来看,在罕遇地震作用下结构的弹塑性反应及破坏机制符合抗震工程的概念设计要求,

满足“大震不倒”的要求,能够达到预定的抗震性能目标。

5.4 结构抗震加强措施

根据动力弹塑性分析结果,采用小震弹性计算的结构构件截面、配筋基本满

足大震下结构受力要求。根据分析结果,采取以下抗震措施加强:

a、底部加强区剪力墙的抗震构造措施等级提高为一级。

b、底部加强区剪力墙的水平分布钢筋的最小配筋率提高至0.3%。

c、针对混凝土剪切应变较大的剪力墙,将一层中这些部位的剪力墙水平分

布筋的最小配筋率提高至0.4%。

针对混凝土剪切应变很大的剪力墙(一层附加墙),将一层中这些部位的剪

力墙水平分布筋的最小配筋率提高至0.6%。

d、结构嵌固层(地下室顶板)采用现浇钢筋混凝土梁板结构,楼板厚度为200mm,采用双层双向配筋,且每个方向的配筋率不小于0.25%。

e、对剪力较大、剪跨比较小的连梁设置交叉暗撑,其它梁适当提高抗剪箍筋配筋率,提高连梁、框架梁的耗能能力。

f、大屋面考虑到建筑非结构构件的存在,屋面板厚度定为150mm,并采用双层双向配筋。

参考文献:

1,JGJ3-2010 高层混凝土结构技术规程中华人民共和国住房和城乡建设部

2,GB 50011-2010(2016)建筑抗震设计规范中华人民共和国住房和城乡建设部

3,某超高层纯剪力墙住宅结构设计华东建筑设计研究院有限公司

4,超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(2015版)中华人民共和国住房和城乡建设部

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某超限高层中震地震作用分析 摘要:某剪力墙结构高层住宅,需要进行超限审查,其中要求需满足中震地震 作用下性能水准3的性能目标,采用YJK软件进行中震的计算复核,验证本工程 满足规范要求。 关键词:超限;中震 一、工程概述 本工程位于广州市花都区,为一栋高层住宅,楼高58.3米,地上层数19层,标准层层高2.95米,首层为架空层,首层层高为5.2米,设有一层地下室,地下 室层高4.8米。根据《建筑抗震设防分类标准》GB 50223-2008,本工程塔楼为标 准设防类建筑。下图为本工程的标准层平面图: 图1.1 本工程标准层结构平面图 根据本工程平面可判别出本工程存在平面不规则及楼板不连续两项超限项, 根据前期小震计算,本工程扭转位移比超过1.2,根据《超限高层建筑工程抗震 设防专项审查技术要点》(2015年5月),可判别出本工程存在三项超限项,需 进行超限审查。 二、中震地震作用分析 1.本工程地处6度区(0.05g),综合考虑建筑的功能和规模,充分认识结构 受力和变形特 征的基础上,将本工程的抗震性能目标定为C级。根据《高层建筑混凝土结 构技术规程》JGJ 3-2010中的第3.11节“结构抗震性能设计”的要求,本工程在设 防地震下的性能水准为性能3。计算方法依据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第3.11条所列各水准的验算公式计算。结合性能水准要求,针对本工 程结构的特点和超限内容,本工程在中震地震作用下的整体性能目标为“轻度损坏,一般修理后才可继续使用”,关键构件性能目标为“抗剪弹性,抗弯不屈服”,耗能 构件性能目标为“抗剪不屈服,部分抗弯屈服”。在YJK软件内采用等效弹性计算 方法,对各类构件在中震下的承载力进行验算,验证构件是否满足预设的抗震性 能设计目标。 中震基底剪力和小震的对比如下表: 表2.1 本工程中震基底剪力与小震的对比 2.根据结构抗震性能要求,剪力墙作为关键构件,需满足中震抗剪弹性的要求。受剪承 载力(水平分布钢筋)的计算结果选取第4层见下图,图中[]内数值为小震计算结果。由计 算结果可知,绝大部分剪力墙按照小震弹性计算配筋,可满足中震抗剪弹性的要求,其余剪 力墙按小震弹性和中震弹性进行包络设计,以达到中震抗剪弹性的要求。 图2.1 本工程第4层剪力墙中震受剪承载力计算结果 3.根据结构抗震性能要求,剪力墙作为关键构件,需满足中震抗弯不屈服的要求。按竖 向分布筋配筋率为0.30%验算剪力墙正截面受弯承载力的计算结果选取第4层如下。图中[]内 数值为小震计算结果。由计算结果可知,绝大部分剪力墙按照小震弹性计算配筋,可满足中 震抗弯不屈服的要求,其余剪力墙按小震弹性和中震不屈服进行包络设计,以达到中震抗弯 不屈服的要求。 图2.2 本工程第4层剪力墙中震受弯承载力计算结果 4.根据结构抗震性能要求,框架梁和连梁作为耗能构件,需满足中震抗剪不屈服、部分

实例分析高层建筑剪力墙结构设计

实例分析高层建筑剪力墙结构设计 随着城市化建设进程的加快,促进了高层建筑的发展,使得高层建筑剪力墙结构设计作用更加突出。以下就高层建筑的剪力墙结构设计及其应用进行简要分析,以供借鉴参考。 一.高层建筑剪力墙的设计原则 剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。 1、剪力墙在布置设计上不能太密集,要使整个结构具有合适的侧向的刚度,如果侧向刚度比较大的话,不仅会加大墙体本身的重量,还会使其在地震中所受的地震力变大,容易发生倒塌事件。 2、如果剪力墙的长度比较大的时候,可以通过开设洞口的方式来把墙分成几个均匀的独立的墙体,每一段墙体的长度不能大于8m。 3、在设计剪力墙的时候,最好沿主轴的方向多向或者双向布置,在不同方向的剪力墙最好联结在一起,要注意尽量避免对直或者拉通;在进行抗震设计的时候,要使两个方向的侧向刚度相接近,而剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单。剪力墙在分布上要均匀,数量要适当。 4、剪力墙在竖直方向要从下到上做连续的布置,避免发生刚度的突变情况。在高层建筑中,剪力墙的墙肢的截面要规则并且简单,剪力墙在竖直方向的刚度要均匀,剪力墙的门窗或者洞口要形成明确的墙肢和连接梁。要避免墙肢出现刚度相差悬殊的洞孔设计,在进行抗震设计的时候,一级、二级和三级抗震等级的剪力墙都不能采用叠合的错洞墙。 5、剪力墙的洞口或者门窗要上下对齐,不能错位,成列布置。要避免使用叠合的错洞墙或者错洞墙,这样都会影响剪力墙的承重能力,容易发生应力变形。 6、在剪力墙和平面以外的方向的梁体连结的地方,要加强剪力墙平面之外的抗弯的刚度以及承载力,可以采取在墙内设置一些暗柱、扶壁柱或者和梁相互连接的型钢等措施,也可以用减小梁端的弯矩的措施来达到加强承载力和抗弯能力的目的。例如:可以设计成铰接或者是半刚接的形式。 二、高层建筑剪力墙结构设计的应用

某超高层剪力墙住宅结构抗震设计要点分析

某超高层剪力墙住宅结构抗震设计要点分析 随着城市化进程的加快和人口增长的快速发展,高层建筑渐渐成为趋势。这些建筑的 安全性和稳定性是至关重要的,尤其是在地震区。超高层剪力墙住宅结构是一种较为常见 的构造形式,其抗震性能是非常关键的。 以一个88层剪力墙住宅结构为例,本文将从设计理念、地震荷载计算、结构建模、抗震设计要点以及建筑动力响应等方面对其抗震设计进行分析。 一、设计理念 超高层剪力墙住宅结构的设计理念是提高结构的刚度和强度,减小结构的自振周期, 采用剪力墙的形式来消耗地震荷载。此外,为了提高结构的抗震性能,还应尽可能降低结 构的重量和倾斜度。 二、地震荷载计算 按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)的要求,地震荷载应分为基本地震作用和附加地震作用两种。基本地震作用可采用并要求地震动参数及其合成方法。而附加地震 作用则是由于地震引起的非弹性变形造成的应力和应变。 在计算基本地震作用时,应采用波谱分析法和时程分析法,分别确定荷载的最大单位 力和平均值。 三、结构建模 采用三维构件模型,以求得结构的力学性能,以及构件的截面尺寸、钢筋配筋等具体 结构要求。在模型构建完成后,需进行刚度矩阵分析,以确定结构的刚度统计数据。 四、抗震设计要点 1.设置剪力墙:剪力墙的厚度应不小于0.4公尺,并应设置在建筑空间的两个墙面之间。为了提高剪力墙的刚度和强度,剪力墙的钢筋应先进行横向加固,以增加结构的抗震 性能。 2.加强节点:节点是结构中最关键和最脆弱的部分,其强度和刚度也决定了结构的整 体性能。在节点的设计中,不仅要注意节点的结构强度,还要考虑节点的刚度和变形容 量。 3.规范采用材料:在结构设计中,必须满足设计和施工的要求,提高结构的抗震性能。在材料选用上,应遵照《建筑抗震设计规范》等相关标准,选用优质的材料以保证结构性 能的稳定。

复杂超限高层建筑抗震设计指南及工程实例

复杂超限高层建筑抗震设计指南及工程实例随着技术的发展,越来越多的复杂超限高层建筑拔地而起。然而,这类建筑由于高度和结构等因素的影响,抗震设计就显得尤为重要。以下是有关复杂超限高层建筑抗震设计指南及工程实例的一些建议。 一、设计指南: 1. 充分考虑建筑的特殊性 复杂超限高层建筑往往呈异形或曲线形状,内部布局也较为复杂。因此,在抗震设计前,应充分考虑建筑的特殊形状和特点,进行合理的分析和研究。 2. 采用有效的结构形式 针对复杂超限高层建筑的特殊性,建议采用抗震性能优异的框架-筒结构、框架-剪力墙结构、框架-支撑结构等有效的结构形式,以保证建筑的整体稳定性。 3. 采取合适的防震措施 除了结构形式的合理设计,合适的防震措施也非常重要。例如,可以采用减震器、防震支承器、隔震层等措施,以有效减少建筑产生的震动,提高其抗震性能。 4. 建筑材料的选取与应用 建筑材料的选取与应用也是抗震设计的重要方面。建议选择抗震性能优良的材料,例如高强混凝土、钢结构等,以确保建筑的稳定性。

二、工程实例: 1. 北京国际财经中心 北京国际财经中心是一座高达330米的复杂超限高层建筑,采用框架-支撑体系和混凝土和钢结构相结合的建筑材料,以充分保证其整体抗震性能。 2. 上海环球金融中心 上海环球金融中心高度达到632米,采用框架-剪力墙结构和混凝土和钢结构相结合的建筑材料,具有很强的抗震性能。 3. 广州塔 广州塔高度为610米,采用多种结构形式,例如钢桁架、钢筒等,以保证建筑的稳定性。此外,还采用了震动减缓器等多种防震措施,以提高抗震性能。 综上所述,复杂超限高层建筑的抗震设计十分重要。设计人员应根据建筑的特殊形状和特点,采取有效的结构形式和防震措施,选择抗震性能优良的建筑材料,以确保建筑的稳定性。

超高层住宅剪力墙结构设计问题探讨

超高层住宅剪力墙结构设计问题探讨 摘要:随着超高层住宅建设项目的日益增多、其结构设计问题逐步引起工程设 计人员的高度关注。本文主要以剪力墙结构为案例进行分析,从分析结构设计、 探究结构计算方面进行探讨,分析结果表明,结构合理设计、针对性对结构相对 薄弱部位采取对应加强措施对提高结构性能、保证结构安全是有效可行的。 关键词:超高层住宅;结构设计;结构计算 引言:某工程属于一栋超高层住宅楼,地下为1层,地上总共为46层,嵌固层位置为基顶,建筑高度为152.9米,该结构形式为剪力墙结构。结合规范要求,6度区剪力墙结构所适用的最大A级高度为140米、最大B级高度为170米,故 此结构为B级高度(超A级)的高层建筑。场地地面粗糙度类别为B类,此结构 进行位移计算时基本风压取50年重现期0.40kN/m2,结构强度验算时采用100年一遇的基本风压值0.45kN/m2。场地抗震防烈度为6度,地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组;建筑场地类别属于Ⅲ类,基础形式为筏板基础。 1.主体结构设计 1.1地震作用及相关的抗震措施 结合该项目的《建设场地地震安全性评价报告》可知,小震下水平地震产生 地震影响系数最大值为0.0622,特征周期为0.38s,中震和大震下地震影响系数 最大值分别为0.180和0.3367,均大于抗震规范给出的6度设防的地震影响系数 最大值,从安评谱与规范反应谱的对比关系可以看出,在0~6s范围内安评反应谱谱均大于规范反应谱,所以本工程地震作用计算时采用《建设场地地震安全性评 价报告》给出的数据。由于此结构为超A级高度的高层建筑,在结构设计时应采 取更严格的抗震措施。本结构的抗震等级为二级。 1.2抗侧力体系进的布置和分析 高层建筑结构在抗震设计时,要重视建筑体形和结构的总体布置。由于建筑 体形不合理或结构总体布置不合理而造成的地震灾害,在国内外的大地震中都有 所见。建筑体形指建筑的平面和立面;结构的总体布置指结构构件的平面布置和 竖向布置。该工程平面呈现为梭形,其长宽比为2.31,高宽比为5.16,结合建筑 自身特点,合理布置剪力墙,底部几层剪力墙墙厚多数为300mm,局部墙肢为400mm厚,从八层开始多数剪力墙墙厚为250mm,标准层墙肢均为200mm厚,混凝土等级为C30~C55,钢筋主要采用HRB400级,箍筋采用HPB300级钢筋。根据PKPM相关计算结果,地震作用和风荷载作用下,结构的层间位移角均能满足 规范要求,其位移曲线基本上呈现出弯曲型,比较大的层间位移角在三十层附近 出现,最大的层间位移角为1/985,满足规范要求。 1.3结构超限情况介绍 高度超限情况,该结构高度为152.9米,超过6度区剪力墙结构所适用的最 大A级高度为,故属于B级高度高层建筑,高宽比X、Y向均未超过6,符合规范要求;平面规则性情况,结构楼板的有效宽度与典型宽度的比值为0.69,大于 0.5,符合规范要求;在规定水平力作用下,考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼 层竖向构件最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移平均值的比值最大值为1.45,超过1.2未超过1.5;竖向规则性情况,建筑竖向无缩进和外挑,不存在竖 向尺寸突变,竖向均匀规则,楼层侧向刚度比满足规范要求。故此结构属于B级 高度的平面不规则结构。 1.4性能化设计的目标

某带斜柱超限高层建筑结构设计与分析

某带斜柱超限高层建筑结构设计与分析 摘要:介绍了某带斜柱超限高层结构抗震设计与分析,结构采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构体系,设计使用Satwe和Midas building两种程序进行整体结构多遇地震作用下的弹性分析,同时补充进行了多遇地震作用下的弹性时程分析、罕 遇地震作用下的静力弹塑性分析及斜柱的专项分析。各项计算指标均满足规范要求。通过采用抗震性能设计方法,选用适宜的抗震性能目标,采取合适的加强措 施保证了结构具有良好的抗震性能。 关键词:斜柱;框架-剪力墙;超限高层;抗震分析 1 工程概况 本工程为位于上海崇明,地上12层地下1层的办公公寓建筑。一层层高5.4米,二层层高4.8米,3-9层高度为3.75米层高的公寓;10-12层为各类管理用房,层高为3.9米。地下层设置下沉庭院及餐厅等附属用房及人防地下车库,层高为4.8米。结构高度为49.2米,总建筑面积25449平方米,其中地下建筑面积6700 平方米。 2 上部结构设计 2.1 主要设计参数 结构设计使用年限50年,安全等级二级,抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度7度(0.10g),IV类场地图,特征周期0.90s,基本风压0.55kN/m2。 2.2 结构体系 上部结构采用钢筋混凝土框架剪力墙体系,其中东侧立面采用斜钢筋混凝土 框架柱,部分混凝土柱内设置型钢,形成型钢混凝土柱,现浇钢筋混凝土楼面。 嵌固端位于地下室顶板。此体系具有多道抗侧力防线,结构延性良好,有利于抗震。上部结构剪力墙抗震等级为二级,框架的抗震等级为三级级。结构抗侧力体 系布置情况见图1,主要楼层的平面布置情况如图2所示。 图1 结构抗侧力体系图2 标准层平面结构布置图2.3 超限情况及相关措施本高层建筑存在多项不规则。1)扭转不规则,考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2;2)楼板不连续,二层有效楼板宽度为45%;3)其他不规则,斜柱。故 而进行超限高层建筑抗震设防专项审查。 通过征求专家及业主的意见,并经技术和经济可行性综合分析及论证,主体 结构抗震性能目标介于C与D之间,其中关键构件已达C性能目标的要求。同时 采取以下针对性的加强措施进行加强:(1)建筑物南侧两榀框架为关键构件, 对其进行结构抗震性能设计;(2)为保证各斜柱框架提供足够的抗侧刚度和延性,在南侧部分横向框架梁柱内增设型钢,同时将两榀斜柱框架抗震等级提高一级,至二级;(3)尽量保证斜柱刚度及稳定性,控制大斜率斜柱在小震下的轴 压比不超过0.6;(4)对开洞区域楼板进行加强处理,周边区域增加楼板板厚, 配筋双向双层。进行楼板应力分析,确保楼板在小震作用下处于弹性状态,在中 震作用下楼板钢筋不屈服、不发生剪切破坏。 3 主要计算分析结果 3.1反应谱分析 本工程利用两种程序Satwe和Midas building按相同假定及计算参数采取振型 分解反应谱法进行计算分析比较,两种软件计算的周期和振型结果基本一致,第 一阶模态为X向平动,第二阶模态为Y向平动,第三阶模态为扭转振型,扭转/平

超限高层建筑抗震设计及抗震审查

超限高层建筑抗震设计及抗震审查 摘要:随着土地可使用面积越来越紧张,工程技术水平不断提升,高层、甚至超限高层建筑越来越频繁的出现。超限高层建筑要求建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和维修的条件下具有安全性、适用性、耐久性的功能。结构可靠度就是要合理地确定结构的可靠度水平,使结构设计符合技术先进、安全适用、经济合理和确保质量的要求。本文就超限高层建筑的特点、工程抗震设计进行简要分析,同时也对超限高层建筑的抗震设防审查及桩基的安全性作了阐述。 关键词:超限高层;建筑抗震设计;专项审查;桩基 1、超限高层建筑的概述 超限高层是指超过规范要求限制的高层建筑。超限高层审查是在项目的初步设计阶段,按国家建设部要求,申请全国超限高层审查委员会组织专家从技术角度进行多方论证,力求在抗震、消防等方面保证建筑物的质量安全。“小高层”和“超高层建筑”都是“民间说法”,不规范。超限高层的高度和层数并没有统一的“定数”。对混凝土框架剪力墙结构的高层建筑,超过120米为超限高层;混合剪力墙结构为100米以上;有错层的为80米以上;网架结构的为55米以上;而网架无盖结构为28米以上。无论建筑物多高,超限高层都对工程技术质量提出了更高的挑战。 建设部早在2002年就发布了111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》,明确了在各省、自治区、直辖市对此类工程的管理应由相应省级建设行政主管部门负责。并规定若在抗震设防区内进行超限高层建筑工程建设,建设单位应在初步设计阶段向当地省级建设行政主管部门提出专项报告,可见政府对此工作的重视程度。 2、超限高层建筑工程抗震设计研究的作用和意义 在我国经济的发展和全球经济一体化的大趋势下,我国基础设施的建设发展也突飞猛进,出现了各个行业的流动资金开始往基础设施建设汇集的现象。超高层建筑工程是在人们对空间成分利用的前提下应运而生的,这反映了人们对充满时代感和现代感的城市生活的追求。但是问题也随之而来,因为超限高层建筑工程自身的结构特点已经超出了我国对建筑工程的理解和规定,抗震也成为摆在超高建筑工程面前的重大难题。尤其是这几年以来我国地震灾害频发,汶川、玉树和雅安地震的发生造成建筑物的破坏更是让我们触目惊心。建筑物的抗震安全性是人民生命财产安全的重要保障。所以,我们要正确认识到在发展过程中存在的问题,提高超限高层建筑工程抗震设计的能力。完善超限高层建筑的抗震设计既与人民生命财产安全密不可分,又是社会发展的需要所在。 3、抗震设计的主要要点 针对建筑物悬挑过大的结构设计,应充分考虑其质量的大小,对质量较大的

框支剪力墙超限高层结构设计研究

框支剪力墙超限高层结构设计研究 摘要:本文以某工程的结构设计为例,在立足于建筑结构性能要求的基础之上所提出的抗震设计方法,在进一步提出科学化的抗震性能目标以及抗震性能的标准以及实现抗震性能的建筑设计目标所实现的路径。 关键词:框支剪力墙;超限高层结构;动力弹塑性 当前,主要对框支剪力墙结构进行在多发地震、设防地震以及罕见地震作用之下的抗震性能进行详细的数据分析,通过相应的数据结果来分析,在不同的地震作用之下,不同结构。不同的建筑部位在水平方向以及竖直方向的建筑构件所承受的力量以及相对应的建筑构件变形形态是否达到了之前所设定的性能目标,可以通过这种方式来验证框支剪力墙设计方案的合理性以及科学性,在下文当中就进行了详细的描述。 1、建筑工程的项目概况以及相对应的设计参数 在这篇文章当中以四川成都南部的天府新城为研究案例,详细介绍框支剪力墙结构。天府新城建筑项目位于我国的四川南部,项目位于大源组团最主要的核心金融区域与南部高端居住居民区的结合处。其建筑的层数一共有24层,其中地上建筑为21层,地下为3层,其中地面以上建筑总的高度为116.150米,其中地上首层的建筑高度为6米,首层楼层的层高为5米,其中整栋楼的3层的层高为5.6米,在楼层的4层为整栋楼的设备层,具体的层高为3.3米,在11层为整个建筑的避难层,层高3.3米,其余的楼层为整个楼的标准层,层高为5.8米。另外,整个楼的标准层面为字母L型,X、Y的最大长度是65.8米,其中宽度为18.6米,建筑物的结构高宽比为6:2,其中在平面图中凸出的尺寸为2.54,在这个建筑当中,主要是采用了框支剪力墙的结构。 图一剖面图 图二标准层平面图 图三结构平面图 工程设计的基准期为50年,其中建筑结构的安全等级为二级,重要性系数为1.0;建筑物的抗震防烈度为7度,其中整个工程设计的基本地震加速度的峰值为0.1克,其中,建筑物的结构设计区域为第三组;其中在抗震设防类别上为标准型的设防类(丙类)。依据我们国家现行的设计规范即建筑抗震设计规范的有关规定,例如本工程的水平以及地震动参数所表示。依据国标建筑结构荷载的相关规范。 表一《抗规》地震动有关参数 2、框支剪力墙结构的超限情况以及抗震性能化设计目标 依据框支剪力墙结构的平面布置情况以及相应的程序分析情况,参考《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》,超限情况存在以下四点: ①建筑物高度的超限:在这个以框架剪力墙结构为主的建筑项目当中,主体的建筑结构的高度为116.15米,其中,超过7度设防部分框支剪力墙A级的高度最大限制100米,严格意义上讲,应该属于B类的建筑高度高层建筑; ②框支剪力墙结构的扭转不规则:在偶然偏心作用力影响之下,其中,整个楼层当中,最大的弹性水平位移是1.33,在一定程度上是远远大于这个楼层两端

深圳某超限高层结构抗震设计

深圳某超限高层结构抗震设计 [摘要] 主要介绍了带转换层超高层住宅项目的结构布置,抗震计算分析及结构概念设计。针对高位转换等 超限特点,采用基于性能的抗震设计,经多模型,多软件的弹性比较分析及静力弹塑性补充计算,保证设计 能够覆盖结构的各种实际受力状态。同时对结构的薄弱部位采取加强措施,使结构的抗震性能满足规范及性 能目标的要求。 [关键词]超限高层; 高位转换; 抗震性能目标; 弹性分析; 静力弹塑性分析0工程概述 本工程地下为二层;地上四层裙房;塔楼分成A座、B座、C座三部分,塔楼高度为95.1米,均为高层住宅。A、B、C座均采用部分框支剪力墙结构,在五层转换。 本工程根据建筑功能要求并结合结构抗侧力的需要,利用电梯井、楼梯间设置筒体剪力墙,标准层墙厚为200mm。转换层以下,塔楼中心筒体及周边部分墙体落地,其余均为框支柱转换。 为减少转换层上、下层刚度突变,落地剪力墙及筒体加厚,厚度200~500mm。为满足框支层上下层之间内力重分布的要求,框支层楼板厚度取180mm,相邻层板厚不小于150mm, 双层双向配筋,保证水平力的平面分配协调。 由于篇幅有限,本文主要介绍B座塔楼超限设计分析要点,其结构图详图1~3。 工程设计年限50年,地震烈度6度,设计地震分组为第一组,基本加速度值为0.05g[1]。根据 《钢筋混凝土高层建筑设计规范》[2](以下简称 《高规》),框支柱、落地剪力墙转换层本层及下一层抗震等级为一级,底部加强部位剪力墙(地下一层板面以上转换层下一层下)、框支梁抗震等 级为二级,非底部加强部位剪力墙及普通框架抗震等级为三级。

图1B座塔楼转换层结构平面图 根据《广东省实施〈高层建筑混凝土结构技术规程〉(JGJ 3-2002补充规定》[3],变形验算按 50年重现期风荷载,基本风压值Wo=0.75KN/㎡;强度验算按100年重现期风荷载,基本风压值Wo=0.83KN/㎡。地面粗糙度为C类,风载体形系数取μs=1.4。 塔楼采用筏基以强风化或中风化为持力层,裙房采用独立柱基+防水板(不小于800厚),独立柱基同时用作无梁防水底板的柱帽。 图2B座塔楼标准偶数层结构平面图 图3B座塔楼标准奇数层结构平面图 1 超限类型及工程抗震性能目标 (1)扭转不规则,楼层最大弹性层间位移与平均值的比值为1.39,大于1.20; (2)楼板不连续,有效宽度为34%,小于50%; (3)尺寸突变,存在多塔结构; (4)竖向构件不连续,结构在五层设有转换层,为高位转换;

基于性能抗震设计下超限高层建筑结构研究

基于性能抗震设计下超限高层建筑结构研究 摘要:本文通过分析超限高层建筑结构的抗震性能目标及水准,详细阐述了建 筑物的性能抗震设计,并进行了举例说明,希望帮助建筑行业提升抗震设计水平,促进行业发展。 关键词:抗震设计;超限高层建筑;建筑结构 前言 当今社会,伴随着城市化的脚步,建筑行业迎来了巨大机遇,但同时,用户 对其交付物的质量有了更高的要求。在抗震方面,通过科学、合理的设计方法, 能有效提升建筑物的抗震能力,满足用户需求,下面就从性能抗震设计的角度出发,对超限高层建筑结构进行研究。 一、超限高层建筑结构的抗震性能目标及水准 (一)抗震性能目标 所谓建筑结构的抗震性能目标,就是指面对地震灾害,建筑物的预期性能水 准的各种组合,如在某一限定年限内,根据概率可将地震等级划分为大震、中震 及小震,而建筑性能水准又包括建筑结构、非结构及附属设施等多方面,建筑结 构的抗震性能目标就是根据多方数据进行分析得出的。在综合考虑建筑工地特征、收入效益及该建筑潜在价值等方面时,可按建筑物的重要程度将抗震性能目标分 为基本、重要及特别设防目标。在当前建筑行业中,“超限”高层建筑是指存在超过 抗规要求的高度、扭转不规则、偏心率较大及连接复杂等问题的高层建筑工程, 国家已经出台了相关制度,约束其抗震设防管理,借此提升其抗震设计的可靠性 及安全性。 (二)抗震性能水准 如图1所示,结构抗震性能水准可进行细分。在“1a”、“1b”阶段,建筑结构 在地震后完好,没有损伤,在一般情况下不需要进行修理,用户不会因结构受损 而遭受伤害,建筑能够正常使用;在有轻微损伤时,可以通过简单的修理解决安 全问题,不影响出入。在“2”阶段,建筑结构震后基本完好,薄弱位置及重要位置没有损伤,在其他部位若存在轻微裂缝,稍加修理即可使用,保证出入安全。“3”阶段,在地震后建筑结构出现轻微破坏现象,在某些薄弱位置及重要部件中形成 轻微裂痕,其他部位会有中等程度的损坏问题,这时需采取安全措施进行修理, 才能达到正常使用的标准。“4”阶段,在地震后,建筑结构遭受中等程度损害,大部分部件出现轻微损伤,其他部件出现中等损伤,有明显裂痕,需采取隔离手段,用户不能进出,这时,应采取强度更大的修理措施,进行妥善加固才能达到使用 标准。“5”阶段,建筑结构遭受巨大损害,大部分部件遭受中等破坏,部分部件遭受严重破坏,存在明显裂痕,但整体建筑不发生倒塌现象,用户安全受威胁。在 进行防震设计时,建筑设计师应根据实际情况,考虑设防强度、建筑环境、建筑 高度、建筑结构及经济条件等方面,进行“超限”性能抗震设计[1]。 图1 抗震性能目标和性能水准示意图 二、超限高层建筑结构基于性能抗震设计的具体实施 (一)抗震性能目标的选择 根据建筑经验及相关理论,结合上文提到的抗震性能性能水准,可将抗震性

某多项不规则超限高层结构设计

某多项不规则超限高层结构设计 【摘要】某工程为框支剪力墙结构,因建筑功能需要,结构主体存在扭转不规则、侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续等多项不规则情况,属超限高层建筑。由于采用了相对合理的结构布置,通过两阶段设计方法,分析了各项不规则情况对结构主体的影响程度,找出了结构薄弱位置且采取了加强措施,从而减小了体型不规则带来的不利影响,使得结构仍具有良好的抗震性能,达到三水准的抗震设防要求。本文主要介绍工程的结构布置、计算分析方法,薄弱部位采取的抗震措施等。 【关键词】多项不规则超限高层;各项不规则情况对结构主体的影响程度 0.前言 超限高层建筑,是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程,体型特别不规则的高层建筑工程,以及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程。具体超限情况及主要范围可参照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2010]109)中第一章第二条及第七章附录一确定。针对多项不规则的超限高层建筑,首先应结合抗震概念采用相对合理的结构布置,然后分析结构各个不规则情况对结构主体的影响程度,找出了结构薄弱位置,最后采用基于性能的抗震设计方法对结构薄弱位置采取加强措施,达到使结构具有良好的抗震性的目的。本文现以某在建住宅类超限高层为例,重点就本工程结构在各项不规则情况对结构主体的影响程度及结构设计采取的加强措施方面进行阐述。 1.工程概况 某高层住宅位于厦门市五缘湾,是某住宅小区其中一栋,底部为大底盘地下室,地下2层,地上28层,建筑总高度99.10m,底层层高7m,以上各层层高均为3.4m,二层为框支转换层。 本工程为部分框支框架剪力墙结构体系。 建筑抗震设防类别为丙类,建筑结构安全等级为二级。抗震设防烈度为VII 度,设计基本地震加速度0.15g,设计地震分组:第二组;场地类别:II类;特征周期Tg=0.40se;按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级的烈度VII度;建筑结构的阻尼比取5%。50年一遇的基本风压:0.8KN/m2,地面粗糙度:A类。 框架抗震等级:框支框架为一级其余为二级;剪力墙抗震等级:底部加强区为一级其余为二级。 2.结构方案布置及结构体系中的不规则问题

某高位转换超限高层结构设计

某高位转换超限高层结构设计

摘要:重庆某需跨越地铁隧道的建筑,结构高度136米,为高位转换部分框支剪力墙结构且。综合考虑结构体系特点和超限程度,主楼结构抗震性能目标为C 级。对该超限高层建筑进行了整体结构弹性计算、弹性动力时程分析和弹塑性动力 时程分析,重点阐述了跨越地铁隧道和高位转换落地剪力墙不足的技术难点,介绍 了采用屈曲约束支撑和采用转换结构跨越地铁隧道的技术措施。 关键词:超限结构;屈曲约束支撑;高位转换 1工程概况 项目位于重庆市渝中区,由四栋超高层塔楼及地下车库组成,塔楼结构高度分别为 219m,187m,170m和136m,地下结构9层。其中高度136m的3号塔楼上部2~33F为住宅,下部为-5~1F为商业,-9~-6F为地下车库。塔楼下部有地铁隧道通过,地铁隧道顶距离地下室顶板约5~7m。 该工程抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅱ类,场地特征周期0.35s,基本风压为0.4KN/m2,地面粗糙类别为C类,考虑风荷载相互扰动系数1.1. 2地基基础及跨越隧道结构设计 场地中风化岩石出露,建筑正下方有地铁隧道通过,地铁隧道顶距离地下室顶板约 5~7m,采用扩展基础将上部荷载直接传递给隧道上方的围岩的方式无法满足隧道的要求,因此采用桩基础加转换梁,将上部荷载通过转换梁和桩传递给隧道下方的稳定基岩上。为有效地传递水平力并保护地铁隧道在施工期间不受影响,设置300厚的楼板,转换梁和隧道间采用轻质材料隔离,以防上部荷载影响下部隧道结构。转换桩和转换梁按大震弹性设计。 3上部结构选型 3.1嵌固部位选择 本项目周边地形高差较大,标高276.6~289m,选择276.5m层作为结构嵌固层,为保证嵌固效果,嵌固层以下一层地下室侧墙和基坑边坡之间采用素混凝土回填。 3.2上部结构布置

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