大连小平岛假日公寓超高层住宅抗震设计

建　筑　结　构　学　报(增刊1)Journal of Building Structures (Supp le mentary Issue 1)大连小平岛假日公寓超高层住宅抗震设计孙国红,陆道渊,于海博(华东建筑设计研究院有限公司,上海200002)摘要:大连小平岛假日公寓是由两栋超高层主楼和五层大底盘裙房组成的超高层建筑,主楼高度为26910m ,是国内目前拟建的最高住宅,工程平面由4个结构单元与核心筒组成,采用“剪力墙+核心筒”的结构体系。

针对工程的特点、超限情况,进行基于性能化结构抗震设计,在设计中采用S AT W E 、ET ABS 程序,进行小震作用和中震作用下结构整体计算分析、弹性时程分析的弹性设计,并对4个独立单元进行整体稳定分析;在中震作用下,对受力最不利墙肢进行轴力校核,确保墙肢底部不会出现拉应力,保证竖向构件的中震弹性设计;在大震作用下,采用ABAQUS 程序进行动力弹塑性时程分析,以找出大震作用下的薄弱部位。

同时,对受力复杂的连接楼板运用多种计算方法进行计算比较,并运用P MS AP 程序进行有限元分析。

对以上分析结果中薄弱部位及关键部位采用相应构造措施,以保证抗震性能目标的实现。

结果表明,该结构体系是安全、可行的。

关键词:超高层建筑;剪力墙2核心筒;抗震性能设计;动力弹塑性时程分析中图分类号:T U973131 文献标识码:ASeis m ic design of a super high 2rise holiday apart m ent inDalian Xiao 2Ping islandS UN Guohong,LU Daoyuan,Y U Haibo(East China A rchitectural Design &Research I nstitute Co .L td ,Shanghai 200002,China )Abstract:The holiday apart ment in Dalian Xiao 2Ping island is 269meters high,and it is composed of t wo super high 2rise towers and a five 2floor podiu m.This building emp l oys the s o 2called “shear wall 2core tube ”structural system.This paper investigated the system characteristics and the seis m ic perfor mances of the structure .Pr ogram s S AT W E and ET ABS were used to investigate its structural behavior under frequent and moderate earthquakes .The elastic ti me 2hist ory analysis and stability analysis for four independent elements were als o perfor med .The axial 2force of most disadvantageous wall under moderate earthquakes was exam ined to guarantee no tensile stress develop ing .By means of ABAQUS,the dynam ic elastic 2p lastic ti me 2hist ory analysis under severe earthquakes was perfor med t o identify the weak components of the building,and several kinds of calculated results of comp lex slabs were co mpared,and the finite element p rogram P MS AP was used to analyse .Some constructional measures were emp loyed to enhance the seis m ic perfor mances of weak components,s o that to ensure the seis m ic safety of the building .The results indicate that this structure system is safe and feasible .Keywords:super high 2rise building;shear wall 2core tube;seis m ic perfor mance;dynam ic elastic 2p lastic ti me 2history analysis作者简介:孙国红(1971—　),女,辽宁大连人,高级工程师。

收稿日期:2008年3月0　引言 超高层结构是目前发展较快的结构类型,被广泛应用到各种住宅、公共建筑上。

随着我国经济建设的提高,超高层结构正逐步向复杂化发展,鉴于其结构样式多样、造型复杂多变等问题的出现,常规的抗震设计方法难以满足工程需要。

我国多数大中城市处于地震区,对其实施有效可靠的抗震保护措施具有非常重要的意义,为此超高层结构的抗震设计问题尤为重要,国内外许多学者对此做出了相应的研究工作[1]。

文中结合大49连小平岛假日公寓超限高层住宅阐述了基于性能化的抗震设计[2],以及所采取的抗震构造措施,以期对同类建筑的抗震设计起到借鉴作用。

1　工程概况大连小平岛假日公寓位于大连市沙河口区小平岛,滨海路以南,3号路以东地块,东侧临海。

由两栋超高层主塔楼和五层裙房(局部一层)组成(图1)。

地上部分:两栋主塔楼75层,为跃层公寓式住宅,标准层层高为315m 、313m 相邻组装,主要屋面高度26910m 。

裙房5层,为办公用房,高度2215m 。

地下部分:塔楼地下3层,主要为设备用房和人防。

裙房部分地下2层,主要为车库。

地下建筑面积约为65300m 2,地上每栋塔楼的建筑面积约183500m 2,裙房建筑面积约62600m 2,总建筑面积约494900m 2。

图1　大连小平岛假日公寓全景Fig .1　V ie w of holiday apart m ent in Dalian Xiao 2Ping island结构设计使用年限为50年,结构安全等级为二级,抗震设防烈度为7度,抗震设防类别为丙类。

场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组(设计地震加速度为0110g ),地震影响系数最大值采用0108(多遇地震)。

结构阻尼比为0105。

抗震等级:地上部分的主塔楼为特一级,裙房为三级;地下部分的主塔楼地下1层为特一级,地下2层和地下3层为三级;裙房的地下1层和地下2层为三级。

为进一步了解风荷载情况,在同济大学进行风洞试验[3]。

并对风洞试验结果和规范的取值进行比较,取大值进行设计(规范值)。

按照100年一遇的基本风压取0175kN /m 2,地面粗糙度为A 类,体型系数为113。

根据地质勘察报告,拟建建筑物主塔楼以中风化板岩为桩端持力层,裙房以强风化板岩为桩端持力层。

主塔楼基础采用人工挖孔灌注桩与筏板;裙房基础采用人工挖孔灌注桩与构造底板。

两栋主塔楼与裙房间地上设置200mm 的抗震缝,将主塔楼与裙房分隔为独立的单体进行设计。

2　结构超限情况及抗震性能设计目标结构可看作是由剪力墙和核心筒组成的结构体系,结构平面为十字形的不规则结构,由于建筑功能的要求,核心筒周围的楼板隔层开大洞,见图2、图3。

具体超限情况见表1,抗震设计性能目标见表2。

图2　标准层2底层平面图Fig .2　Structural p lan of standard 1st st ory story图3　标准层2跃层平面图Fig .3　Structural p lan of standard st ory 2ski p st ory3　抗震性能目标的实现311　小震作用下结构弹性设计小震作用下,根据构件的抗震措施等级要求,采用荷载作用设计值、材料强度设计值和抗震承载力调整系数,进行小震阶段的第一次设计(表3)。

结果表明,在小震作用下,结构满足弹性设计的要求。

从S AT W E 及ET ABS 的整体稳定计算结果看,结构刚重比远大于114,满足结构整体稳定的要求。

此外,对每个结构单元进行了独立计算,每个结构单元的结构刚59表1　结构超限情况Tab l e1　S itua ti o n o f sup e r h i gh2rise bu il d i ng结构实际情况“高规”要求超限判断高度269100m—超限(B级)结构规则性十字形平面,外轮廓凹凸楼板局部开洞平面不规则平面规则平面不规则表2　抗震性能设计目标Ta b l e2　Ta rge t p e rfo r m ance o f se ism i c de s i gn抗震设防水准多遇烈度(小震)设防烈度(中震)罕遇烈度(大震)抗震要求不坏可修不倒抗侧力构件的层间位移值h/500—h/120各结构单元弹性设计满足“高规”中各项弹性设计指标竖向构件弹性设计不倒塌允许进入塑性阶段控制塑性变形连梁弹性阶段允许进入塑性阶段控制塑性变形允许进入塑性阶段控制塑性变形核心筒周围的楼板弹性阶段弹性阶段允许进入塑性阶段控制塑性变形重比均大于114,满足稳定性的要求。

同时,用S AT W E进行了时程分析的补充计算。

计算结果表明,三条地震波底部剪力平均值大于振型分解反应谱法求得底部剪力的80%,每条地震波底部剪力值大于振型分解反应谱法求得底部剪力的65%。

层间位移角均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)(简称“高规”)的要求[4],且与振型分解反应谱法计算结果接近。

地震波反应谱见图4、图5。

计算结果见表3、表4。

图4　地震波反应谱曲线Fig.4　Earthquake wave res ponse s pectra312　中震作用下结构弹性设计中震作用下,进行地震荷载设计值组合工况下结构弹性设计,以满足性能化设计对于竖向构件的弹性设计要求以及核心筒周围楼板的弹性设计要求。

材料强度采用设计值。

图5　地震波平均反应谱曲线Fig.5　Earthquake wave average res ponse s pectru m curves 31211　竖向构件的中震弹性设计表3　SAT W E及ET AB S主要计算结果Ta b l e3　M a i n re su lts o f SAT W E and ET AB S主要计算指标S AT W E ET ABS结构基本自振周期T1T2T3418641563130413541133125扭转与平动第一自振周期之比T3/T101680175层间相对位移小震风荷载X向Y向1/1281(42层)1/1265(40层)1/1584(43层)1/1563(40层)小震风荷载X向Y向1/1147(42层)1/1118(40层)1/1570(41层)1/1397(39层)最小剪重比1133%1127%1140%1130%表4　弹性动力时程分析主要计算结果Ta b l e4　M a i n re su lts o f dynam i c e l a s ti cti m e2h is t o ry ana l ys is项目振型分解反应谱法X向Y向地震波时程分析X向Y向底部剪力/kN4136840311USER0603303535588USER2Y4076835010USER423517528284平均3632632961对于竖向构件的中震弹性计算,从以下两个方面考虑,根据计算结果判断连梁开裂前后,与其相连的墙肢受到的影响:(1)按照中震弹性计算。