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二类;
特征周期Tg=0.35sec,建筑类别调整后用于结构抗震验算的烈度7度;
按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级的烈度7度;
建筑结构的阻尼比取5%;
框架抗震等级一级,剪力墙抗震等级一级(八层以下框架、剪力墙抗震构造措施按特一级)。
100年一遇的基本风压:
0.9KN/m2,地面粗糙度:
A类。
建筑总平面、主要建筑平面及立剖面见图1.1~图1.8。
2.1、本工程按国家现行有关设计规范、规程进行设计。
采用的规范如下:
《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)
《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2004)
《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)
《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)
《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)
《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)
《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)
《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)
《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)
《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)
《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》(JGJ6-99)
《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)
《钢---混凝土组合结构技术规程》(DBJ13-61-2004)
《建筑工程设计文件编制深度的规定(建设部2003年4月)》
2.2、建设单位提供的资料
《XX岩土工程勘察报告》(2003.03)XX工程勘察院
2.3、建筑结构可靠度设计标准
按GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》,本工程设计使用年限50年。
建筑结构安全等级为二级。
结构重要性系数取1.0。
3.1重力荷载
3.1.1静荷载
(1)结构构件自重(梁、板、柱、钢筋混凝土墙和楼梯等)将根据结构尺寸确定。
混凝土自重:
26.0kN/m3
钢材自重:
78.5kN/m3
(2)其它:
其它恒荷载表3.1
建筑面层(50mm)
1.0kN/m2
吊顶
0.1kN/m2
防火层
设备吊管
0.3kN/m2
3.1.2活荷载:
本工程常用结构荷载取值按“建筑结构荷载规范”。
特殊设备荷载由有关方提供。
活荷载分类表表3.2
普通屋面(上人)
2.0kN/m2
公共卫生间
3.5kN/m2
屋顶花园(上人)
3.0kN/m2
走廊、通道、前室
办公
消防车道(考虑覆土折减)
10kN/m2
电梯机房
7.0kN/m2
设备用房
会议室
2.5kN/m2
消防疏散楼梯
多功能厅
4.0kN/m2
地下室坡道
停车场
4.0/m2
直升飞机停机坪(考虑建筑面层折减)
33.0kN/m2
注:
1.办公室内考虑轻质内隔墙(≥1.0KN/m2)灵活分布,故将墙重(KN/m)的1/3作为附加活载与上表中相应取值叠加输入。
2.屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重;
卫生间活荷载不包括蹲式卫生间垫高部分的荷载。
3.结构专业在本次初设中提供的活载量值,经业主确认后作为施工图设计活荷载取值依据并同时不小于相关规范要求。
3.2风荷载
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定,基本风压取0.90kN/m2(重现周期为100年),风压高度变化系数根据A类地面粗糙度采用。
3.3地震作用
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)的规定,抗震设防烈度按7度考虑,设计地震分组为第一组(设计基本地震加速度值为0.15g),场地特征周期为0.35秒,场地土类型为Ⅱ类。
结构抗震计算采用振型分解反应谱法及动力时程分析法计算,并同时计及扭转和双向地震对结构的影响,结构阻尼比在多遇地震(小震)作用下的弹性分析时取0.05,水平地震影响系数最大值为0.12;
中震地震影响系数最大值为0.33,罕遇地震(大震)影响系数最大值为0.72。
本工程混凝土结构的抗震设防类别为丙类。
抗震等级:
地下一层,地面±
0.00标高以上剪力墙,框架均为一级,其中地下一层至地上第八层的剪力墙、框架抗震构造措施均为特一级;
地下二层以下框架及剪力墙抗震等级为三级。
结构计算以地下室顶板为嵌固部位,地下室顶板厚度为200mm,地下室结构的楼层抗侧刚度大于相邻上部结构楼层抗侧刚度2倍以上。
(计算中考虑回填土对地下室约束相对刚度比Esol取3.0)
4.1混凝土
构件混凝土强度等级表3.3
构件
标高
混凝土强度等级
柱、剪力墙
八层及八层以下
C60(墙C45)
九层至十七层
C40
十八层以上
C30
梁、板
C35
九层至十六层
十七层以上
C25
地下室外壁、底板
-
(设计抗渗等级为S8)
4.2钢筋:
受力钢筋采用HRB400(fy=360N/mm2)及HRB335(fy=300N/mm2);
构造、分布钢筋及箍筋采用HRB335(fy=300N/mm2)及HPB235(f=210N/mm2)。
4.3钢材和焊条:
本工程主要受力构件采用Q345B钢材,钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2;
钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率应大于20%,钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。
施工所用的焊条、焊丝、焊剂等均应与主体金属强度相适应,当二个不同强度的钢材焊接时,可采用与低强度钢材相适应的焊条。
4.4隔墙、围护墙:
本工程隔墙、围护墙采用符合环保和节能要求的轻质材料,材料强度均应符合GB50011-2001规范要求。
卫生间隔墙及设备间防爆墙采用混凝土砌块,容重≤16.0kN/m3,其它隔墙下采用加气混凝土砌块,容重≤10.0kN/m3,强度等级≥MU5.0。
外墙采用玻璃幕墙。
5.1、工程地质概况
根据《XX岩土工程勘察报告》,本场地位于,东面路,南面,北面。
场地地形平坦,勘察范围内未发现有滑坡、泥石流、活动断裂带构造等影响场地稳定性的不良地质作用。
表层有轻微~中等液化现象,考虑本工程为深基坑开挖,故可不考虑此情况。
拟建场地土层自上而下依次为:
①杂填土、
素填土、
粗、砾砂、
1细砂、
淤泥混砂、
残积砂质粘性土、
强风化花岗岩、
碎裂花岗岩、⑧中风化花岗岩、⑨微风化花岗岩,各土层的物理力学综合指标见表5.1。
本工程±
0.000相当于绝对标高6.30。
场地土类型属中硬土,建筑场地类别为Ⅱ类。
场地内有可液化及小规模构造破碎带发育的地层。
地基土层的物理力学综合指标表5.1
层
序
号
岩土层名称
天然
重度
天然快剪
天然地基承载力特征值
变
形
模
量
岩石极限饱和抗压强度
预制桩
冲、挖孔桩
凝
聚
力
内摩檫角
极限侧阻力标准值
极限
端阻
力标
准值
γ
c
φ
fk
Eo
qsik
qpk
KN/m3
kPa
°
MPa
①
杂填土
18.6
6
12
90
3.5
25
②
素填土
18.8
15
120
5.0
③
粗、砾砂
19.6
35
190
8.5
70
细砂
19.0
30
100
5.5
④
淤泥混砂
17.0
9
3.0
⑤
残积砂质
粘性土
上部
200
22
55
50
中部
280
65
下部
19.2
350
80
4500
75
⑥
强风化花岗岩
500
6300
5000
⑦
碎裂花岗岩
1000
16.0
⑧
中风化花岗岩
1600
22.6
⑨
微风化花岗岩
4000
注:
砂层含水层渗透系数建议取7.45m/d
5.2、基础设计
根据勘察初步揭示情况,本工程拟选用桩基。
桩型初步选用大直径(1m~1.5m)冲钻孔桩或人工挖孔桩。
实际桩型综合考虑现场条件,基坑支护情况,施工单位工艺水平及地方相应条文规范后再行确定。
5.3、底板设计
底板拟考虑作桩筏之筏板兼抗水板,板厚初定>
1500mm。
六、结构体系设计及超限情况说明
6.1、结构体系布置
主楼采用钢筋柱框架—混凝土核心筒混合结构体系。
主楼高宽比为5.3;
长宽比1.9。
内筒高宽比为8.93。
框架柱距为8~9m,钢管混凝土框架柱,直径为1300mm,向上逐步减小为1200mm、1000mm,壁厚t=25~20mm。
核心筒外墙截面尺寸800mm,向上减小为700mm、500mm,内墙为200mm。
楼面结构:
地下三层~0.000层采用钢筋混凝土梁、板体系;
0.000以上采用钢筋混凝土梁(部分位置采用劲性混凝土梁)板楼面体系。
板厚100~120mm,屋面停机坪板厚200mm。
对于跨度大的梁采用起拱的方法,减小下垂度。
地下室二层板拟采用空心楼盖体系。
主要的抗侧力体系由钢筋混凝土核心筒、框架组成。
为了增加核心筒体的延性,在外筒墙体角部及与主梁交接处设置了型钢柱。
结构布置详结构平面布置图:
(详图6.1~图6.6)
6.2、超限情况的认定
依据建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,经初步判断,本建筑物存在主要超限情况如下:
(1)水平位移超限
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.6.3条的规定,框架—钢筋混凝土筒体结构体系高度<
150m时,其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/800,本工程计算结果为1/670~750,超出了规范规定限值。
(2)结构侧向刚度不规则:
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.4.2条的规定,高层建筑其楼层侧向刚度不宜小于相邻楼层侧向刚度的70%或其上三层侧向刚度平均值的80%。
本工程由于底层及避难层(第8层)层高较大,致使相邻层最小侧向刚度比:
底层Ratx1=0.49,Raty1=0.42;
8层Ratx1=0.51,Raty1=0.48,超过规范限值。
(3)结构竖向楼层承载力突变:
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.4.3条的规定,B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%,不应小于其上一层受剪承载力的75%。
本工程底部(二层)的楼层受剪承载力比为X向0.68,Y=0.67。
超过规范限值。
(4)楼板局部不连续:
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.3.6条的规定,楼板开洞总面积不宜超过楼层面积的30%。
本工程第4层、七层、11层、14层、17层,由于局部楼板开洞总面积超过楼层面积的30%,超过限值。
综上所述,依据现行《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》等,本工程应进行抗震设防专项审查。
7.1计算分析方法:
7.1.1采用两种不同力学模型的三维空间分析程序进行整体结构内力、位移的比对计算分析,即SATWE及PMSAP。
7.1.2采用弹性时程分析方法进行多遇地震的补充计算。
7.1.3采用Push-Over静力弹塑性分析方法补充分析结构在罕遇地震下的变形反应。
7.1.4采用基于性能的抗震分析方法对结构薄弱层进行中震及大震阶段的性能分析。
提出保证薄弱层(第1层及第8层)中震弹性,大震不屈服位移可控的性能要求,提高及确保结构薄弱层的设计可靠度。
7.2抗震构造措施:
针对侧向刚度突变及楼层承载力突变的主要矛盾,设计采用如下措施。
7.2.1合理选择墙柱断面,控制楼层层间刚度比。
部分楼层上下层层高差异较大(如底层,避难层),竖向刚度不规则易形成薄弱层。
在满足建筑功能的前提下,调整竖向构件的截面,提高薄弱层主要构件配筋率。
改善上下层刚度的问题。
7.2.2增加核心筒的延性:
由于核心筒承载的抗倾覆力矩约总倾覆力矩的70%以上,是主要的抗侧力构件。
另外,为了使墙截面中的剪应力均匀分布且减少混凝土的收缩裂缝,在墙体中布置多层钢筋。
核心筒体的轴压比控制在规范建议的0.5以内,并保证足够厚度的墙体来控制剪应力水平。
核心筒墙体中洞口的分布对墙体的抗震能力有极大的影响,设计中力求保证墙体中的洞口对称和规则,且有明确的连梁和墙肢。
为了提高墙体的抗剪和抗震能力,在连梁中适当布置斜向钢筋。
在底层及避难层,不同高度增加核心筒范围内的隔板,提高其抗侧能力作为承载力储备。
7.2.3提高剪力墙底部加强区的延性,将避难层8层以下范围,按底部加强区的构造要求进行设计。
并提高底部加强区的抗震等级,按特一级设计。
7.2.4减少扭转效应
调整抗侧力构件布置使之均匀对称;
减少质心与刚心之间的偏心,以减少结构的扭转效应;
控制结构的扭转位移比小于1.4。
7.2.5采用钢管混凝土柱提高外框梁的抗震承载力及延性。
由于外框梁层高突变,产生应力突变效应比较严重,设计中采用全高钢管混凝土柱,以改善结构的抗震性能。
钢管对其核心混凝土形成强力约束效应,不仅改善混凝土的性能,而且增强其承载力,同时内填混凝土增强了钢管壁的稳定性。
钢管混凝土的极限应变值比普通钢筋混凝土大几倍甚至几十倍,是良好的延性材料,可不受轴压比的限制。
它除了具有强度高、重量轻、耐疲劳等优点外,还具有省工、省料、施工速度快等特点,因此在经济效益方面也有一定的优势。
采用的钢管混凝土柱直径为1300mm~1000mm,钢板壁厚25~20mm。
钢管混凝土柱
图7.1
框架梁与钢管柱之间的连接为刚接,通过设置柱头环梁解决节点受力。
钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接典型节点如图7.2所示:
钢管混凝土柱节点
图7.2梁、柱典型节点
7.2.6加强薄弱部位的楼板刚度
(1)设计时加强该处梁、板合理刚度及配筋,严格控制梁、楼板裂缝。
加强框架梁与筒体剪力墙的连接,加强筒体剪力墙与周边板的连接。
(2)通过加大地下室结构刚度,使地下一层结构的楼层侧向剪切刚度大于相邻上部结构楼层侧向剪切刚度的2倍,并通过相应的构造措施,确保地下室顶板作为上部结构的嵌固端。
(3)加强大洞口周边梁的刚度和配筋,加强洞口周边板的厚度和配筋。
7.2.7小墙肢的处理
尽可能减少筒体由于开洞形成的小墙肢,对小墙肢抗震等级提高一级,加强合理配筋,控制轴压比。
8.1、计算软件
本工程主体结构采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的PKPM系列软件STAWE计算,并采用PMSAP软件补充计算校核.。
二者均为国内广泛应用于实际工程结构分析的主流结构分析软件。
8.2、主要计算参数
8.2.1、抗震设计
(1)抗震设防烈度为7度,场地土类型为Ⅱ类。
(2)结构的阻尼比在多遇地震作用下的弹性分析时取0.05,水平地震影响系数最大值为0.12;
中震地震影响系数最大值为0.33,罕遇地震(大震)影响系数最大值为0.72,地震作用同时考虑双向地震作用和偶然偏心的不利影响。
(3)分别采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法及动力时程分析法计算结构响应,并选用较多的振型以充分考虑高阶振型的影响,各振型贡献按CQC组合。
竖向力按模拟施工加荷方式计算。
模态分析选取振型数目为32个。
(4)采用弹性时程分析法进行了多遇地震下的补充计算。
弹性时程分析所取地面运动最大加速度为55gal,选取由中国建筑科学研究院提供的场地实测地震波,共三条,其中两条为天然波,一条为人工波。
(5)采用STWE分析了中震作用下结构整体的变形反应并确保中震状态下薄弱层(1,8层)主要受力构件为弹性状态。
并以PMSAP复核。
(6)采用push-over弹塑性静力分析法计算了结构在罕遇地震下的变形反应。
8.2.2、抗风设计
本建筑结构属于高层建筑,抗风设计极其重要,程序计算结构主楼体型系数取μs=1.4;
风振特性根据建筑结构荷载规范之规定计算;
基本风压按100年一遇为0.90kN/m2,地面粗糙度类别为A类。
8.3、主要计算结果
(1)多遇地震及风荷载作用下计算结果如下:
(表一~表三)
表一:
结构分析主要结果对比(小震作用)
计算程序
SATWE、PMSAP
计算起止部位
(计算嵌固端)
底下室地板~134.00
(±
0.0层即地下室顶板)
名称
比较项目
SATWE数据
PMSAP数据
同时考虑偶然偏心与双向地震作用
振型数、有效质量系数
32、>
95%
周期折减系数
0.75
结构总质量
837911.64KN
855053.63KN
平均
重量
29.14KN/㎡
29.73KN/㎡
底层地震剪力
Qox=17806.07KN,Qox/Ge=2.72%
Qoy=15825.01KN,Qox/Ge=2.42%
Qox=15063KN,Qox/Ge=2.25%
Qoy=16134KN,Qox/Ge=2.41%
底层框柱地震剪力百分比
X向:
6.21%
Y向:
9.05%
6.95%
16.74%
底层框柱承担的地震力
倾覆弯矩百分比
18.62%
21.67%
23.29%
37.27%
底层地震力倾覆力矩
Mox=1596507.3KN·
m
Moy=1479078.3KN·
Mox=1599188.7KN·
Moy=1513172KN·
结构自振周期(S)
T1=2.9077S(Y向平动)
T2=2.4355S(X向平动)
T3=2.0744S(扭转)
T3/T1=0.713
T1=3.289S(Y向平动)
T2=2.450S(X向平动)
T3=2.375S(扭转)
T3/T1=0.722
地震最大方向(度)
89.4
-0.25
墙轴压比
Max:
0.31min:
0.04
钢管柱轴压比
8层以下
0.50min:
0.28
0.57min:
0.30
8层以上
0.55min:
本层与上层
抗剪承载力之比
X
Y
底层
0.77
8层
0.91
0.79
1.80
表二:
SATWE分析结构位移主要结果(小震作用)
最大层间位移角
(有害位移角占总位移角的百分比例)
X地
X+5
X-5
X双
X风
Y地
Y+5
Y-5
Y双
Y风
1/2929
1/2635
1/3290
1/2870
1/3070
1/1894
1/2009
1/1594
1/1867
1/1257
1/1939
1/1838
1/2050
1/1931
1/2033
1/1397
1/1437
1/1258
1/1391
1/880
最大值(楼层号)
1/1470
(25)
1/1402(25)
1/1477
1/1446
1/1749(25)
1/932
1/1017(25)
1/859(25)
1/931(25)
1/727(25)
(2.3%)
最大层间位移与平均层间位移的比值
1.14
1.25
1.03
1.15
1.07
1.34
1.13
1.02
1.12
1.05
1.04
1.19
1.01
(1)
(1,25)
(1,25,
26)
(1,13)
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