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1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告,本場(chǎng)地在5層地下室開挖后,基底已落在強(qiáng)風(fēng)化層或中風(fēng)化層,強(qiáng)風(fēng)化層頂面標(biāo)高為-21.88~-9.91m。因此本工程基礎(chǔ)主要采用人工挖孔灌注樁,樁端以中風(fēng)化花崗巖作為持力層,局部微風(fēng)化層較淺處以微風(fēng)化層為持力層,部分位置采用天然基礎(chǔ),仍以中風(fēng)化花崗巖為持力層。副樓地下5層墻柱在大震下仍然有拉力,故在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),綜合考慮抗浮,設(shè)置了抗拔樁及抗浮錨桿,錨桿嵌入中風(fēng)化或微風(fēng)化層。場(chǎng)地不存在液化土層,地下水對(duì)混凝土具有弱腐蝕性,對(duì)鋼筋具腐蝕性。
2抗震性能目標(biāo)及抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施
主樓超限內(nèi)容[3]為:1)超過(guò)B級(jí)適用高度15%;2)2層局部挖空樓板,形成躍層柱。根據(jù)超限情況,確定主樓抗震性能目標(biāo)為C級(jí),多遇地震下滿足第1水準(zhǔn),設(shè)防地震下滿足第3水準(zhǔn),罕遇地震下滿足第4水準(zhǔn),具體構(gòu)件抗震性能目標(biāo)如表2所示,并要求結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下最大層間位移角不超過(guò)1/100。本工程2012年6月已通過(guò)廣東省超限委員會(huì)的超限高層建筑專項(xiàng)審查。
3計(jì)算分析
3.1小震彈性反應(yīng)譜分析小震彈性反應(yīng)譜分析采用SATWE及MIDASBuilding軟件。沿X,Y向輸入地震波,安評(píng)譜計(jì)算的基底剪力大于規(guī)范譜的計(jì)算結(jié)果,故采用安評(píng)譜進(jìn)行分析。考慮偶然偏心,采用剛性樓板假定,主樓周期折減系數(shù)為0.9,連梁剛度折減系數(shù)取0.7,嵌固端取地下室頂板,分析模型包含3層屋頂架構(gòu),共46層。主要分析結(jié)果見(jiàn)表3,從表3可以看出,兩種軟件計(jì)算結(jié)果比較吻合,各項(xiàng)指標(biāo)均符合高規(guī)[4]和廣東省高規(guī)[5](層間位移角限值為1/565)的要求。SATWE軟件計(jì)算的層間位移角曲線見(jiàn)圖4,樓層抗剪承載力比值曲線見(jiàn)圖5。
3.2小震彈性時(shí)程分析小震彈性時(shí)程分析仍采用SATWE軟件,采用2條天然波(Oakwh波、Sanfern波)及1條安評(píng)波。分析結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,X,Y向單條地震波計(jì)算所得基底剪力最小值占CQC法計(jì)算結(jié)果的百分比分別為84%,78%,X,Y向3條地震波計(jì)算所得基底剪力平均值占CQC法計(jì)算結(jié)果的百分比分別為85%,86%,符合高規(guī)[4]的相關(guān)規(guī)定。
3.3中震分析中震分析采用SATWE軟件,連梁剛度折減系數(shù)仍取0.7,不考慮構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)及與抗震等級(jí)相關(guān)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù),材料強(qiáng)度中震彈性取設(shè)計(jì)值,中震不屈服取標(biāo)準(zhǔn)值,其余輸入?yún)?shù)(考慮偶然偏心、周期折減系數(shù)、雙向輸入地震力)同小震分析。配筋較大的第10層墻、柱、梁的配筋見(jiàn)表5,其中各構(gòu)件編號(hào)見(jiàn)圖3(b)。由表5可知,墻柱配筋取小震分析結(jié)果即可滿足中震分析要求,梁的配筋取小震和中震分析的較大值。首層典型剪力墻抗剪承載力見(jiàn)表6。由表6可知,剪力墻抗剪承載力有很大富余。由表5,6可知,各構(gòu)件均符合抗震性能目標(biāo)的要求。
3.4大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析
3.4.1基底剪力和層間位移角采用MIDASBuilding進(jìn)行大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析,梁柱鉸特性值均采用武田三折線模型(考慮剛度退化修正),剪力墻采用纖維單元模擬,并采用施工圖的實(shí)配鋼筋。采用小震彈性時(shí)程分析的3條地震波,峰值加速度均為220cm/s2,持續(xù)時(shí)間均為30s,地震波的時(shí)間間距為0.02s。主要分析結(jié)果見(jiàn)表7,層間位移角響應(yīng)見(jiàn)圖6。由表7可知,大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析的基底剪力與小震彈性時(shí)程分析的基底剪力的比值的平均值為3.53(X向)、3.78(Y向),滿足高規(guī)[4]要求,同時(shí)也說(shuō)明結(jié)構(gòu)耗能良好。Sanfern波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大,X,Y向的最大層間位移角分別為1/195,1/189,均小于高規(guī)[4]限值1/100的要求。由圖6可知,X向?qū)娱g位移角呈彎剪型,Y向?qū)娱g位移角呈剪切型,主樓X向采用弱連梁連接的雙筒,比Y向有較好的耗能機(jī)制和耗能次序。
3.4.2結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系損傷情況取結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大的1條天然波(Sanfern波)X向地震作用下的結(jié)果進(jìn)行分析。由圖7,8可知,在罕遇地震作用下,塔樓結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力構(gòu)件沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重破壞,大部分連梁和框架梁屈服耗能,框架柱未屈服,底部加強(qiáng)區(qū)墻體少量進(jìn)入抗彎屈服狀態(tài),墻體未出現(xiàn)剪切屈服,這說(shuō)明結(jié)構(gòu)是“梁鉸破壞”機(jī)制。計(jì)算結(jié)果還表明,結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)制和耗能次序?yàn)?弱連梁耗能屈服→強(qiáng)連梁及框架梁耗能屈服→核心筒部分抗彎耗能屈服→框架柱部分開裂。這說(shuō)明結(jié)構(gòu)是通過(guò)弱連梁和框架梁的屈服作為第1道耗能防線,雙核心筒作為第2道耗能防線,框架柱作為第3道耗能防線,實(shí)現(xiàn)了良好的耗能機(jī)制,有效保護(hù)了豎向構(gòu)件,延緩了主體結(jié)構(gòu)的損傷。由圖9可知,弱連梁延性系數(shù)大部分在0.5~3.5之間,極少部分在3.5~5之間,弱連梁仍具有較大變形能力,可以承受豎向荷載作用,結(jié)構(gòu)整體和各類構(gòu)件還有較大的彈塑性變形能力儲(chǔ)備。
3.5無(wú)梁樓蓋的屈曲分析本工程設(shè)5層地下室,為滿足在相同凈空要求的前提下能有效減小建筑層高,同時(shí)也能夠減少土方開挖量,地下3層~地下1層地下室樓蓋采用無(wú)梁樓蓋體系,板厚270mm,柱帽厚550mm。由于埋深較深,土的側(cè)壓力和水壓力較大,故采用SAP2000軟件(V15.2.1版)對(duì)地下3層無(wú)梁樓蓋(圖10)進(jìn)行屈曲分析。取恒載G+活載L作為初始荷載,屈曲荷載工況為:(Kaγh1+γwh1)h。其中Ka為靜止土壓力系數(shù);γ為土的浮容重;γw為水容重;h1為計(jì)算點(diǎn)深度;h為地下室層高。屈曲模態(tài)見(jiàn)圖11。計(jì)算結(jié)果表明,第1階屈曲模態(tài)特征值為54.1,第2階屈曲模態(tài)特征值為62.5,第3階屈曲模態(tài)特征值為72.3。由此可見(jiàn)屈曲模態(tài)特征值遠(yuǎn)大于10,無(wú)梁樓蓋穩(wěn)定性有足夠的安全儲(chǔ)備。
3.6抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施根據(jù)主樓超限內(nèi)容及計(jì)算分析的結(jié)果,采取如下的抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施:1)全樓抗震等級(jí)按一級(jí)采用,適當(dāng)提高核心筒剪力墻分布筋的配筋率。2)對(duì)于連接雙核心筒的弱連梁,其承載力為抗彎控制,抗剪承載力富余較大,同時(shí)配置加強(qiáng)箍筋及橫向拉筋,提高該處連梁的變形能力。3)底部第2層由于建筑雙層柱廊要求,結(jié)構(gòu)樓板縮進(jìn),形成邊框柱跨兩層高。柱計(jì)算長(zhǎng)度l為14m,l/b(b為柱寬)為8.5>4,為中長(zhǎng)柱,其穩(wěn)定系數(shù)接近于1,具有很好的延性。為了提高1~2層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度及水平承載力,采取了加大底部?jī)蓪訅w厚度和加大邊框柱截面的措施。4)工程無(wú)豎向不規(guī)則,無(wú)抗剪承載力突變,無(wú)樓層質(zhì)量不均勻,除頂部局部平面不規(guī)則外無(wú)平面不規(guī)則;無(wú)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,除個(gè)別樓層外,其余樓層的扭轉(zhuǎn)位移比均在1.2以內(nèi);通過(guò)改變柱尺寸、剪力墻厚度、采用剪力墻開洞口等方式逐步縮短剪力墻長(zhǎng)度,使結(jié)構(gòu)剛度由下至上逐漸均勻減小,不出現(xiàn)剛度突變。5)工程雙筒的連梁配筋取小震作用下兩端剛接和兩端鉸接的較大值。
4結(jié)語(yǔ)
本工程通過(guò)采用弱連梁連接的雙核心筒方案成功解決了結(jié)構(gòu)X,Y向剛度差異大的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了合理的耗能機(jī)制和耗能次序,既使結(jié)構(gòu)體系合理,又滿足了建筑功能及結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的要求。并且由于采取了相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施,使結(jié)構(gòu)達(dá)到了三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)。5層地下室部分采用無(wú)梁樓蓋,減少了土方開挖,加快了施工速度,屈曲分析結(jié)果表明其穩(wěn)定性是可靠安全的。
作者:胡鳴唐增洪馮育達(dá)景守軍單位:深圳機(jī)械院建筑設(shè)計(jì)有限公司