某框架-核心筒超限高层结构抗震分析及设计

１３００ｍｍ、１１００ｍｍ
Ｘ
１１００ｍｍ、８００ｍｍ×
１６００ｒａｍ，第八层至十六层之间的框架柱截面尺寸变 为１１００ｍｍ×１１００ｍｍ、８００ｍｍ×１６００ｍｍ。 除避难层外，结构其余各层框架梁的高度为 ６００ｍｍ～７００ｍｍ。在角部框梁未能双向拉通之处， 设置８００ｒａｍ×２００ｍｍ的暗梁予以加强。用于作为 框架梁固定端的核心筒连梁内置Ｈ型钢，以保证连 梁具有足够的承载能力，满足抗弯、抗剪设计要求。
［中图分类号］ＴＵ９７２＋．９
［文献标识码］Ａ
Ｓｅｉｓｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
ａ
Ｈｉｇｈ－－ｒｉｓｅ Ｏｖｅｒｒｕｎ Ｆｒａｍｅ Ｃｏｒｅ－－ｔｕｂｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｌｉｕ Ｊｉａｎｍｉｎｇ（ＡＥＣＯＭ Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏ±ａ ｈｏｔｅｌ。ｓｔｙｌｅ‘ｓｅｒｖｉｃｅｄ ａｐａｒｔｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ
１
工程概况
辽宁省沈阳市某商业综合体项目由超高层公寓
式酒店、商务综合楼以及多层商业裙房组成，总建筑 面积约为１８．８万ｍ２，本文就其中的公寓式酒店塔 楼的超限高层结构抗震分析及设计进行介绍。该塔 楼总高度为１７５ｍ，地上４２层，设有３层地下室；采 用框架一核心筒结构作为抗侧力体系，并以地下室顶 板作为嵌固端。公寓式酒店标准层层高为３．６ｍ，其 底部六层及避难层的层高均为５．２ｍ。该塔楼的结 构计算模型如图１所示。 本工程位于七度抗震设防烈度区，建筑结构设 计使用年限为５０年，建筑结构安全等级为二级。抗 震设防类别为丙类，地基基础设计等级为甲级。
ｏｖｅｒｒｕｎ
ｆｒａｍｅ ｃｏｒｅ—ｔｕｂｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｏｆ ＳＡＴＷＥ，ＰＭＳＡＰ ａｎｄ ＥＴＡＢＳ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ
ｏｖｅｒｒｕｎ
ａｒｅ
ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ
ｔｏ
ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ａｎｄ ｌａｔｅｒａｌ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｖａｒｙｉｎｇ ｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ
ａｒｅ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ｓｅｔｔｌｅｄ，ｔｈｅ ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔｓ
弹性
不屈服 允许进 入塑性 允许进 入塑性
允许进入塑性 允许进 入塑性 允许进 入塑性
限值
弹性
一般墙体连梁
弹性
特殊连梁 （支承框架梁） 大开洞处楼板 大开洞周边墙、柱
弹性
不屈服
允许进入塑性，
控制截面剪压比
位移角 位移比
弹性 弹性
不屈服 弹性
允许进入塑性 允许进入塑性 剪重比
ｙ Ｘ
波和两条天然地震波进行弹性动力时程补充计算。 结构阻尼比取为０．０５，主、次分量峰值加速度分别 为０．３６ｍ／ｓ２、０．３０６ｍ／ｓ２，地震波的持续时间均大于 结构基本周期的５倍，并与满足规范要求的统计意 义相符。 小震弹性时程计算结果表明，每条时程曲线计 算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算 结果的６５％，三条时程曲线计算所得结构底部剪力 平均值大于振型分解反应谱法计算结果的８０％。 从最大楼层位移曲线、层问位移角、最大楼层剪力和 最大楼层弯矩的计算结果看，振型分解反应谱法的 计算结果曲线基本包络了所用三条地震波的相应曲 线，采用振型分解反应谱法所得结果作为结构设计 依据是安全可靠的。 小震作用计算结果表明，避难层结构的侧移刚 度比不满足规范要求，结构存在刚度突变，薄弱层的 剪力按照规范放大地震作用至１．２５倍进行设计。 结构第一扭转周期与第一平动周期之比小于规范规 定的０．８５，三种程序计算的位移角均满足规范要 求，表明结构的刚度合适，在小震作用下结构处于弹 性状态。在规定水平力的作用下，结构的位移比超 出１．２的限值，表明结构属于扭转不规则体系。结 构的整体稳定性验算大于１．４但小于２．７，表明整 体结构体系是稳定的，但需要考虑重力作用二阶效 应的不利影响。其余计算指标均满足规范要求，主 要计算结果如表２、表３所示。
［摘 要］某商业综合体项目的４２层公寓式酒店采用框架．核心筒结构体系，工程设计时选用ＳＡＴＷＥ、ＰＭＳＡＰ、ＥＴＡＢＳ程 序进行了多遇地震、设防地震以及罕遇地震作用下的抗震分析和性能化设计，解决了扭转不规则、楼板局部不连续、竖向刚度 突变的超限问题。计算结果表明，结构设计达到了预定的性能目标，满足了三水准抗震设防要求，本工程结构体系和构件具 有较好的抗震性能和一定的安全储备。 ［关键词］框架一核心筒；超限问题；抗震分析；性能化设计
图１结构体系几何模型
２
［收稿日期］２０１４＿０５—１３
结构体系
［作者简介］刘建明（１９７８一），男，工程师，博士
［联系方式］ｌｉｕｊｍｄｕｔ＠１２６．ｃｏｍ
２．１上部结构 公寓式酒店塔楼采用钢筋混凝土框架．核心筒
Байду номын сангаас
万方数据
第１期
刘建明：某框架一核心筒超限高层结构抗震分析及设计
１２３
结构，平面布置为矩形，典型楼层平面长度、宽度分 别为３５．９ｍ、３０．９ｍ，结构标准层的构件布置如图２ 所示。 核心筒七层以下外部墙体厚度为６５０ｍｍ，其余 各层沿高度分三个区段，其厚度在５００ｍｍ～３５０ｒａｍ 之间。核心筒内部的墙体厚度根据计算和构造的需 要沿高度变化，厚度取值范围为２００ｒａｍ一３５０ｍｍ。 外围框架柱第十六层及其以下各层采用内置十 字型钢的型钢混凝土柱，其余各层均为普通混凝土 柱。结构第七层及其下各层框架柱截面尺寸分别为
析，第二阶段为大震作用下的动力弹塑性分析。 ４．１性能化设计目标 本项目属于存在平面不规则、局部楼板不连续 且刚度突变的超限高层项目，根据《抗规》和《高规》 进行抗震性能化设计。考虑到结构的重要性及超限 程度，按照文献［１４］性能化设计的要求，对结构提 出相应的性能目标，详见表１。 ４．２小震作用分析 结构小震作用计算采用考虑扭转耦联效应的振 型分解法，计人双向地震作用，并选用一组人工地震
万方数据
１２４
建筑科学
表１抗震性能目标 表２自振周期计算结果
大震作用 允许进入塑性， Ｔ１（平动） Ｔ２（平动） Ｔ３（扭转）
Ｔ３／Ｔｌ ＳＡＴＷＥ ＰＭＳＡＰ
第３１卷
ｓ
结构构件 剪力墙承载力
小震作用 弹性
中震作用
ＥＴＡＢＳ
（底部加强区）
剪力墙承载力 （非底部加强区） 框架柱 （底部加强区） 框架柱 （非底部加强区） 框架梁
弹性
４．８１（Ｙ向） ４．４２（Ｘ向）
３．２７ ０．６８
４．９２（Ｙ向） ４．６２（Ｘ向）
３．４５ ０．７０
４．６４（Ｙ向） ４．２８（Ｘ向）
３．１１ ０．６７
控制截面剪压比
允许进入塑性
弹性
不屈服
弹性
弹性
允许进入塑性，
控制截面剪压比
表３主要计算结果
指标 有效质 量系数 地震下 位移角 风载下 方向
Ｘ ｙ Ｘ ｙ Ｘ ｙ Ｘ ＳＡＴＷＥ ９６．６％ ９５．Ｏ％ ｌ／１０３４ １／８６６ １／１７１４ ｌ／１１２９ １．２８ １．１８ １．４５％ １．４７％ ２．６３ ２．２２ Ｏ．９０ Ｏ．９３ １７．６４ １２．９０ ２７．１５ １７．４６ ＰＭＳＡＰ ９６．４％ ９５．１％ １／９４５ １／８７０ １／１４９３ １／１０７ｌ １．２４ １．１５ １．３８％ １．４５％ ２．６０ ２．３６ ０．９ｌ Ｏ．９２ １８．６４ ＞１．０ ｙ Ｘ ｙ １２．３０ ２５．８６ ＞１．０ １４．３９ ＥＴＡＢＳ ９３．２％ ＞９０％ ９２．７％ ｌ／１１６５ ＜ｌ／７４０ ｌ／９１７ １／２１６５ ＜ｌ／７４０ １／１２７３ １．３３ ＜１．４ ｙ Ｘ １．１６ １．４０％ １．４０％ ２．６９ ＜２．７ ＇， Ｘ ｙ Ｘ ２．１６ ０．８８ ＞０．９ ０．９１ ＞１．３５％ ＞１．２５％
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４结构抗震分析
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７－
彩
本工程抗震设防烈度为７度，设计基本地震加 速度为０．１０９，设计地震分组为第一组。场地类别 为Ⅱ类，特征周期为Ｔ。＝０．３６ｓ。结构阻尼比取
０．０５。
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基本风压荷载标准值埘。＝０．６０ｋＮ／ｍ２（按５０年 一遇风压），地面粗糙度为ｃ类。 结构整体分析主要采用ＳＡＴＷＥ、ＰＭＳＡＰ和 ＥＴＡＢＳ三种程序进行对比计算，按照三水准两阶段
图２结构标准层平面图
设计方法进行抗震分析及设计。第一阶段分为小震 作用下的弹性分析、中震作用下的弹性及不屈服分
本工程中选用梁板的混凝土等级为Ｃ３０，柱墙 的混凝土等级为Ｃ４０一Ｃ６０，所用型钢的材质均为 Ｑ３４５Ｂ。 ２．２地下室结构 经比较分析，本工程的基础采用桩筏基础，塔楼 核心筒下的筏板厚度为２８００ｍｍ，商业裙楼的筏板 厚度为８００ｍｍ。塔楼选用ｑｂ８００直径桩端后注浆钻 孔灌注桩，有效桩长２３ｍ。商业裙房及地下室采用 天然地基，利用①６００的钻孑Ｌ灌注抗拔桩解决抗浮 问题。
ｓｅｉｓｍｉｃ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ—ｂａｓｅｄ
ａｓ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ａｃｔｉｏｎｓ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ
ａｒｅ
ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ，ｆｌｏｏｒ ｐａｒｔｉａｌ