超限设计可行性报告.docx
- 文档编号:5699351
- 上传时间:2022-12-31
- 格式:DOCX
- 页数:50
- 大小:7.46MB
超限设计可行性报告.docx
《超限设计可行性报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超限设计可行性报告.docx(50页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
超限设计可行性报告
结构超限设计可行性报告
1.工程概况
该项目地块总用地面积8593.32m2,东西方向长约为124m,南北边约为73m。
本拟建的工程为一栋31层综合性建筑,带三层商业裙房,裙房以上通过架空层转换为两个L形平面的塔楼;有两层地下室,负一层地下室为停车场,负二层地下室设人防区以及停车场。
结构最大高度99.8米,属A级高度建筑,总建筑面积约71224.87㎡。
结构的平、立面图见图1.1.1和图1.1.2。
图1.1.1裙楼平面图
图1.1.2塔楼平面图
图1.1.3结构东立面图
本工程的平、立面概况表见表1.1.1。
表1.1.1结构平、立面概况表
高度(m)
99.8
地面以上层数
31层
地下室层高
地下室两层,其中地下1层4.5m,地下二层4.3m
建筑层高
裙楼:
首层~3层6.0m,4(架空)层5.0m;
塔楼:
5层3.2m,6~31层2.8m
平面长(m)X宽(m)
裙楼:
124x73m;
塔楼1:
47.45x21.6m;塔楼2:
45.2x21.6m
最大高宽比
4.62
结构形式
部分框支剪力墙、多塔结构
2.结构超限类型和程度
参照“抗规”、“高规”和“省补充规定”有关规定,本工程结构超限情况见下表。
表2.1.1结构超限类型和程度
结构形式
部分框支剪力墙、多塔结构
高度超限(m)
A级高度(99.8<100)
是否复杂高层
是(竖向构件4层局部转换、大底盘多塔)
平面凹凸不规则
是(L形平面塔楼1:
l/Bmax=0.42>0.35,塔楼2:
l/Bmax=0.48>0.35)
平面扭转不规则
扭转位移比(层数)=1.34(31)
I类不规则
楼板局部不连续
是(塔楼平面有效楼板宽度小于开洞处楼面宽度的50%,开洞面积超过该楼层面积的30%,局部位置开洞后楼板最小净宽度小于5m)
侧向刚度不规则
否
抗侧力构件不连续
Ⅱ类不连续(墙不连续)
楼层承载力突变
无
超限情况总结
4项(平面凹凸不规则,I类扭转不规则,楼板局部不连续,Ⅱ类竖向不连续)
注:
a.结构高度限值按“高规”4.2.2条部分框支剪力墙结构7度A级为100m;
b.表中复杂高层结构按照“高规”10.1.1条,本结构含有带转换层和多塔结构两种复杂高层结构类型,但未超10.1.4条“不宜同时采用超过两种本节第10.1.1条所指的复杂结构”的规定;
c.塔楼楼层平面凹进一侧尺寸大于总尺寸35%,属凹凸不规则;
d.表中体型不规则程度分类系按照“广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)补充规定”DBJ/T15-46-2005确定,当θE<1/2000时,平面扭转位移比大于1.35且小于1.5为I类扭转不规则。
墙不连续为II类竖向不连续;
e.各栋塔楼平面有效楼板宽度小于开洞处楼面宽度的50%,开洞面积超过该楼层面积的30%,且局部位置开洞后楼板最小净宽度小于5m;
f.侧向刚度不规则按照“省补充规定”第3.3.1条,在地震作用下,本工程的层间位移角θi均小于相邻上一层的1.3倍,和其上相邻三个楼层层间位移角平均值的1.2倍,侧向刚度规则。
g.楼层承载力突变按照“省补充规定”第3.3.1条,本工程的抗侧力结构的层间受剪承载力均大于相邻上一楼层的80%,无楼层承载力突变。
3.工程地质概况和基础选型
3.1场地的工程地质及水文地质条件
超限设计依据的岩土工程勘察报告其主要内容如下:
(1)位置及环境及地形地貌
地貌为海成阶地,后经填土整平,形成现有地面,地面标高4.77~5.52米。
(2)岩土物理力学指标
地层
编号
成因类型
地层名称
桩端土承载力特征值qpa(kpa)
桩周土摩阻力特征值qsa(kpa)
打入式预制桩、
沉管灌注桩
冲、挖
钻孔灌
注桩
桩入土深度(米)
10米
10米
15米
①
Qml
填土
②-1
Qmc
粗砂含土
20
②-2
粗砾砂
40
②-3
粘土(含有机质)
35
②-4
泥炭质土
15
③
Qal+pl
含砂粘土
30
④
Qel
砾质粘性土
1800
2000
2200
1200
40
⑤-1
r
全风化花岗岩
2500
2200
60
2⑤-2
强风化花岗岩
2800
2500
100
⑤-2
中风化花岗岩
5000
(3)场区水文地质条件及基础设计水位的确定
a.水文地质特征
勘察场地内地下水根据其赋水介质的不同可分为两类:
上部为存在于第四系松散地层中的孔隙潜水,②-1层粗砂含土、②-2层粗砾砂是主要含水层,其透水性较强,含水量较丰富;下部为存在于强~中风化花岗岩中的裂隙水,其含水性及透水性一般。
据本次勘察,场地内各钻孔均见地下水,勘察期间测得其混合稳定水位埋深在2.04~2.80m,相应标高为2.60~3.03m。
地下水位受季节及降雨量影响
b.地下水腐蚀性
地下水在强透水层中对基础混凝土结构有弱腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性
c.基础设计水位的确定
地下水的设防水位标高可按4.5m考虑,抗浮设计水位标高可按3.0m考虑。
(4)场地地震效应
拟建场区的抗震设防烈度为7度,设计地震分组第一组,场地土类型为中软场地土,建筑场地类别为Ⅱ类,无可液化土层。
3.2地基基础设计选型
基础类型拟采用静压式预应力管桩,底板采用梁桩筏基础。
4.结构选型和布置
4.1结构选型
本工程底部为商业裙楼,上部两个塔楼为住宅,建筑和使用的要求较高。
4.1.1竖向结构体系的选择
由于建筑上下部使用功能的不同,底部三层商业裙房采用框架+核心筒剪力墙的结构形式,以形成更大的建筑使用空间;上部两栋住宅塔楼采用剪力墙结构形式,以有效利用建筑外墙、各户型之间的隔墙来布置剪力墙,同时剪力墙结构具有较大的抗侧刚度,容易满足上部结构的刚度要求;由于上下部结构形式的不同,利用第四层架空层来设置转换层,以转换竖向布置不连续的竖向抗侧力构件。
4.1.2水平楼盖体系的选择
均采用现浇钢筋混凝土楼盖,具有良好的整体性。
人防地下室的顶板厚度h=200mm,以承受核爆动荷载的作用,并对早期核辐射进行防护,地下室顶板厚度h=250mm。
裙房楼板厚度h=100mm,第四层转换层楼板厚度h=180mm。
两栋住宅塔楼楼盖亦采用现浇钢筋混凝土梁板体系,梁宽取同墙宽,以满足房间内不露梁以及单元内房间可灵活分隔的建筑设计意图,楼板厚度h=100mm。
4.2结构布置
4.2.1地下室的结构布置
底下室车库的柱网布置根据建筑使用要求,柱网的典型尺寸为1000x1000mm,柱典型截面为1200x1800mm;考虑地下室车库竖向空间的要求,采用主梁+大板的楼盖体系,主梁典型截面为500x800mm,大板厚度不小于200mm。
地下室的结构平面布置见图4.2.1。
图4.2.1地下室结构平面布置
4.2.2裙楼的结构布置
裙楼的结构布置为了满足商业的大空间要求,仍采用与地下室一致的大柱网尺寸;楼盖则采用受力更合理、更经济的井字形楼盖,楼盖主梁典型截面为500x800mm,井字形梁截面为200x500;楼板厚度取h=100mm,电梯筒外圈剪力墙厚度取600mm。
裙房结构平面布置见图4.2.2。
由于转换层结构刚度较大,为满足转换层下一层裙楼的层间位移角不大于转换层层间位移角的1.3倍,在第三层裙房增设了几片200mm厚的剪力墙,以提高该楼层的抗侧刚度,该层的剪力墙布置见图4.2.3。
图4.2.2裙楼结构平面布置
图4.2.3裙楼3层结构平面布置
4.2.3转换层的结构布置
由于上部住宅塔楼的户型较为复杂,剪力墙的平面布置无法做到完全对齐,因此转换层转换构件的布置也将较为复杂。
本工程均采用梁式转换,并且与上部塔楼剪力墙共同协调布置,以尽量减少使用二次转换。
转换梁水平地震作用计算内力乘以增大系数1.8。
转换层楼板做为大底盘的屋面,为保证大底盘与塔楼整体工作,转换层的楼板厚度取h=180mm,同时加强两个塔楼之间连接体的转换梁布置。
转换层的结构布置如图4.2.4。
图4.2.4转换层结构平面布置
4.2.4塔楼的结构布置
两个住宅塔楼的平面为L形,属平面凹凸不规则结构,对结构抗扭不利。
并且由于建筑户型布置的需要,塔楼楼板开洞较多,开洞面积已经超过了楼层面积的30%,局部开洞较大位置楼板的最小净宽度不足5m,属楼板局部不连续。
因此为了降低塔楼平面凹凸不规则和楼板局部不连续对结构抗震性能的影响,在进行塔楼的抗侧力构件布置时需考虑尽量降低结构的扭转效应,减少楼板为协调结构平面各部位的相对变形而承担的地震力。
针对该种刚心与质心偏离较大的L形结构平面,采取尽量将抗侧力构件均匀布置在L形平面的两侧,而舍弃高层建筑常用的在平面中间电梯间形成剪力墙核心筒的布置方式,并加强L形平面两端的剪力墙、连梁和L形平面两侧的框架梁刚度,以通过增强结构周边构件的抗侧刚度来加强结构的抗扭刚度。
塔楼L形平面两端的剪力墙加厚至300mm,外侧的框架梁截面取600x650mm,并且保证外圈框架梁布置连续、闭合,以保证楼面的整体性。
在楼板开洞较大位置布置栅格状楼面梁,以增强洞口周边构件的连接。
上部住宅塔楼的结构布置如图4.2.5~图4.2.6。
图4.2.5塔楼奇数层结构平面布置
图4.2.6塔楼偶数层结构平面布置
结构自下到上的剪力墙厚度如下表:
楼层
-2~4层
5~6层
6层以上
剪力墙厚
600,200
300
300,200
混凝土材料强度等级如下表:
楼层
柱、剪力墙
混凝土强度等级
梁板混凝土强度等级
主体
结构
23~屋面
C30
地下室C35、4层(转换层)C55,其它C30
14~22
C40
7~13
C50
-2~6
C55
基础
地下室底板、外墙
C35(抗渗等级1.0MPa)
基础垫层
C15
墙、柱、梁钢筋强度等级,直径16mm及以上为HRB400,直径12mm、14mm为HRB335,直径小于12为HPB235;板筋强度等级为CRB400及HPB235。
5.抗震等级
本工程按7度抗震设防、Ⅱ类场地,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0.1g。
抗震设防类别为丙类建筑,地震作用及抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。
结构各部位构件的抗震等级如下:
结构构件
楼层
剪力墙
框架
-2层
三级
三级
-1~6层
一级
一级
7~屋面层
二级
二级
注:
(1)剪力墙底部加强区高度为-1~6层;
(2)框支柱抗震等级为特一级;
(3)混凝土剪力墙轴压比控制按“高规”要求:
7度一级抗震剪力墙在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比小于0.5。
6.弹性计算结果及分析
6.1整体计算结果
选用中国建筑科学研究院编制的SATWE软件(简化墙元模型)和美国CSI公司的ETABS软件(细分墙元模型,8.40中国规范版)进行结构的弹性分析,考虑偶然偏心地震作用、双向地震作用,扭转耦联及施工模拟。
本工程仅在计算扭转位移比时采用刚性楼板假定,其余计算结构位移及构件内力和轴压比时均全楼采用弹性楼板计算。
为了准确反映两栋塔楼各自的振动特性,还将本大底盘多塔结构人为切分为两个单栋结构后进行各自的振动特性分析。
切分的方法为从塔楼与裙房顶板交界处做45度向外斜线交于裙房底部,斜线范围内的构件与上部构件作为一个单栋结构的分析模型。
6.1.1地震参数取值
本场地“安评报告”中的αmax=0.094(规范为0.08),Tg=0.38s(规范为0.35),γ=1.091(规范为0.9,此值对应的阻尼比为0.05)。
如图6.1.1所示,本工程的前三个振动周期在2~3s之间,该区域的规范反应谱地震影响系数值均比安评反应谱大。
通过在ETABS软件中按照上述参数取值,进行结构采用安评反应谱和规范反应谱计算的楼层剪力比较(图6.1.2),规范反应谱楼层剪力均大于安评反应谱结果,因此在设计中仍取规范反应谱进行计算。
图6.1.1规范反应谱与安评反应谱的对比
图6.1.2规范反应谱与安评反应谱计算的楼层剪力比较
6.1.2风荷载参数取值
基本风压取值,强度验算时按100年重现期W0=0.9kN/m2考虑,位移验算时按50年重现期W0=0.75kN/m2考虑,建筑物体型系数取1.3,地面粗糙度类别为C类。
各项计算参数如下表6.1.1所列。
表6.1.1计算参数
计算目标
多遇地震(小震)
多遇地震(小震)
偶遇地震(中震)
计算内容
变形
承载力
主要构件承载力
计算软件
SATWE,ETABS
SATWE,ETABS
SATWE,ETABS
水平力与整体坐标夹角(度)
66
66
0
混凝土容重
26
26
26
钢材容重
78
78
78
裙房层数
4
4
4
地下室层数
2
2
2
墙元细分最大控制长度m
2
2
2
对所有楼层采用刚性楼板假定
否(仅计算扭转位移比时采用)
否
否
墙元侧向节点信息
内部节点
内部节点
内部节点
结构材料信息
砼结构
砼结构
砼结构
结构体系
复杂高层结构
复杂高层结构
复杂高层结构
恒活荷载计算信息
模拟施工加载1
模拟施工加载1
模拟施工加载1
风荷载计算信息
计算
计算
不计算
地震作用计算信息
水平地震
水平地震
水平地震
地面粗糙度类别
C
C
-
修正后基本风压
0.75
0.9
-
结构基本周期
2.6(刚性楼板2.56)
2.6
2.71
体型分段数
1
1
-
第一段最高层号
33
33
-
第一段体型系数
1.3
1.3
-
结构规则性
不规则
不规则
不规则
设计地震分组
一
一
一
设防烈度
7
7
7
场地类别
2类
2类
2类
剪力墙抗震等级
一级
一级
一级
考虑偶然偏心
是
是
否
计算振型个数
18
18
18
活荷载折减系数
0.5
0.5
0.5
周期折减系数
0.8
0.8
1
结构阻尼比
0.05
0.05
0.05
特征周期
0.35
0.35
0.35
地震影响系数最大值
0.08
0.08
0.224
斜交抗侧力构件方向附加地震数
0
0
0
柱墙设计时活荷载
不折减
不折减
不折减
传给基础的活荷载
折减
折减
折减
梁活荷不利布置最高层号
33
33
33
梁端负弯矩调整系数
0.85
0.85
0.85
梁设计弯矩放大系数
1
1
1
剪力墙加强区起算层号
1
1
1
连梁刚度折减系数
0.70
0.70
0.30
中梁刚度放大系数
2
2
1
按抗规(5.2.5)调整各楼层地震内力
是
是
是
全楼地震作用放大系数
1
1
1
考虑P-Δ效应
否
否
否
结构重要性系数
1.0
1.0
1.0
梁柱重叠部分简化为刚域
是
是
是
按高规或高钢规进行构件设计
是
是
是
混凝土柱的计算长度执行钢混规范7.3.11-3条
是
是
是
柱配筋计算原则
单偏压
单偏压
单偏压
恒荷载分项系数
1.2
1.2
1.0
活荷载分项系数
1.4
1.4
1.0
活荷载组合值系数
0.7
0.7
-
活荷载重力代表值系数
0.5
0.5
0.5
风荷载分项系数
1.4
1.4
-
风荷载组合值系数
0.6
0.6
-
水平地震作用分项系数
1.3
1.3
1.0
层刚度比计算
层间位移角之比
层间位移角之比
层间位移角之比
地震作用分析方法
总刚分析方法
总刚分析方法
总刚分析方法
计算模型坐标系方向定位如图6.1.3。
图6.1.3计算模型坐标系方向定位
结构的整体计算结果见表6.1.2~表6.1.3。
表6.1.2整体模型和切分模型的结构振动周期
模型
振型号
切分塔1
切分塔2
整体模型
1
2.58(X)
2.54(Y)
塔1:
2.60(X);
塔2:
2.57(Y)
2
2.49(Y)
2.42(X)
塔1:
2.43(Y);
塔2:
2.47(X)
3
2.11(T)
2.10(T)
塔1:
2.03(T);
塔2:
1.99(T)
Tt/T1
0.82
0.83
塔1:
0.78;
塔2:
0.77
a)切分塔1模型
b)切分塔2模型
c)整体模型
图6.1.4三种模型的前三阶振型图
表6.1.3整体计算结果(多遇地震)
软件
SATWE
ETABS*
计算振型数
18
30
第1,2平动周期及方向
塔1:
2.60(X);
塔2:
2.57(Y)
塔1:
2.45(X);
塔2:
2.32(Y)
塔1:
2.43(Y);
塔2:
2.47(X)
塔1:
2.41(Y);
塔2:
2.30(X)
第一扭转周期
塔1:
2.03(T);
塔2:
1.99(T)
塔1:
1.81(T);
塔2:
1.72(T)
第1扭转/第1平动周期
塔1:
0.78;
塔2:
0.77
塔1:
0.74;
塔2:
0.74
地震下基底剪力(KN)
X
20984
22504
Y
21668
20591
结构总质量(KN)
154894
154650
单位面积重度(KN/m2)计算
21.7
21.7
计算剪重比
(地面以上,不足时已按规范要求放大)
X
1.67%
1.79%
Y
1.72%
1.64%
地震下倾覆弯矩(kN*m)
X
1182000
1172865
Y
1179240
1172397
有效质量系数
X
94.30%
99.04%
Y
95.33%
98.76%
50年一遇风荷载下最大层间位移角
(塔号、层号)
(高规限值1/1000)
X
1/1418(塔2、14)
-
Y
1/1436(塔1、14)
-
地震作用下最大层间位移角(塔号、层号)
(高规限值1/1000)
X
1/1327(塔1、14)
1/1462(塔1、14)
Y
1/1318(塔1、16)
1/1395(塔1、15)
地震作用下考虑偶然偏心最大扭转位移比
(塔号、层号)(对应层间位移角)
X
1.34(塔1、31)(1/1452)
-
Y
1.23(塔1、9)(1/1746)
-
构件最大轴压比(SATWE)
电梯筒600mm剪力墙
0.28
-
框支柱
0.66
-
转换层上一层剪力墙
0.43
-
底部加强区上一层剪力墙
0.48
-
地震作用下本层层间位移角与上层层间位移角的1.3倍或上3层层间位移角平均值的1.2倍比值中最大值(层号)
(《广东超限审查细则》第三条)
X
0.88
(2)
0.79(3)
Y
0.91
(2)
0.86
(2)
层侧刚与上层70%或上3层平均值80%比值中最小值(层号)
X
1.2054(3)
1.3468
(2)
Y
1.2441(3)
1.2584(3)
转换层上、下部结构等效侧向刚度比γE
X
0.2336
0.2509
Y
0.2405
0.2138
楼层受剪承载力与上层的比值(层号)
X
0.86(3)
Y
0.86(3)
刚重比EJd/GH2
X
5.10
Y
5.32
注:
层号均不包括地下室。
根据上述计算结果,结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论,可以得出如下结论:
Ø多塔结构切分模型和整体模型分别计算的结构振动特性一致,第一、二振型均为平动,第三振型为扭转,并且两个塔楼第一扭转周期与第一平动周期之比均小于0.85,满足“高规”4.3.5条要求;
ØX,Y向有效质量系数均大于90%,所取振型数满足要求;
Ø按《高规》第“4.6.3”条,高度不大于150m的高层建筑层间位移角限值△u/h=1000,结构主体在地震荷载及风荷载作用下层间位移角均满足规定的要求;
Ø在考虑偶然偏心的地震作用下,最大扭转位移比X向为1.34、Y向为1.23,相应“地震作用下的层间位移角”均小于1/1000,属扭转I类不规则平面;
Ø混凝土剪力墙的最大轴压比均小于0.5,普通钢筋混凝土柱最大轴压比均小于0.7,满足《高规》轴压比限值要求。
框支柱最大轴压为0.66,拟对所有框支柱全高采用井字复合箍,箍筋间距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm,以满足《高规》框支柱的轴压比限值;
Ø各层层间位移角度满足《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》补充规定表3.3.1-1中第4条“层间位移角小于相邻上一层的1.3陪,且小于其上相邻三个楼层层间位移角平均值的1.2倍”,且各层侧向刚度满足《抗规》表3.4.2-2第一条“本层侧向刚度大于上层的70%,且大于上3层平均值的80%”,表明本工程的侧向刚度是规则的;
Ø转换层设置在4层,其上、下部结构等效侧向刚度比γ均小于1.3,其楼层侧向刚度均不小于相邻上部楼层侧向刚度的60%,满足“高规”附录E要求;
Ø各楼层承载力满足《抗规》和《广东省细则》“抗侧力结构的层间受剪承载力大于相邻上一楼层的80%”的要求,表明结构无楼层承载力突变;
Ø结构刚重比X向为4.96,Y向为5.33,根据《高规》5.4.1条和5.4.4条,不需要考虑P-Δ效应的影响,并且满足高层建筑结构整体稳定的要求;
Ø整体计算结果表明,各项指标符合规范要求,层间位移角及剪重比适中,结构体系选择和布置合理。
6.2弹性时程分析
根据抗规5.1.2条表5.1.2-1规定,采用ETABS程序对结构进行了常遇地震下的弹性时程分析。
按地震波选取三要素(频谱特性,有效峰值和持续时间),选取II类场地上两组实际地震记录tianran1波和tianran2波,以及由安评提供的一组人工模拟的场地波rengong1(图6.2.1)进行结构的弹性时程分析。
a)Rengong1波
b)Tianran1波
c)Tianran2波
图6.2.1弹性时程分析所采用的地震波波形及与规范反应谱的对比
(人工波加速度峰值37Gal,天然波加速度峰值35Gal,持续时间15s)
a)X向地震作用下最大楼层剪力曲线b)Y向地震作用下最大楼层剪力曲线
c)X向地震作用下最大楼层弯矩曲线d)Y向地震作用下最大楼层弯矩曲线
e)X向地震作用下最大楼层位移角曲线f)Y向地震作用下最大楼层位移角曲线
g)X向地震作用下最大楼层位移曲线h)Y向地震作用下最大楼层位移曲线
图6.2.2弹性时程分析与反应谱分析结果对比
弹性时程分
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 超限 设计 可行性报告