摘要:本文主要介绍高层酒店建筑的抗震性能化研究。通过研究建筑特性,设定性能化目标及探索达成目标的措施来解决高层酒店建筑的抗震问题。从而避免高层建筑结构在地震作用下遭受严重破坏,最大限度的保障生命财产安全。
关键词:高层建筑结构;抗震设计:设计要点
引言
近年来,高层建筑已成为现代化城市发展的主要建筑形式。为避免高层建筑结构在地震作用下遭受严重破坏,能够最大限度的保障生命财产安全,结构抗震设计工作十分关键,为此,必须不断优化结构抗震设计,进一步提升高层建筑结构的抗震性能。
1工程概况
某高层建筑项目地下3层、地上裙房5层,共5栋塔楼(A1~ A (5),其中A4塔楼为标志性建筑,总建筑高度156.60m。5栋塔楼与裙房在地下室顶板连为整体,从地面以上开始完全设置抗震缝脱开,每个塔楼的嵌固端均设置在地下层1的顶板。A4塔楼为地下3层,地上41层,其中地下层3层高为4.70m,地下层2层高为5.10m,地下层1层高为6.50m,地上层1层高为6.00m,层2~层5的层高为5.10m,层5与层6之间的设备夹层层高为2.15m,层6~层12,层14~层.28,层30~层41为标准层,层高均为3.30m,层13、层29为避难层兼设备层,层高3.60m。A4塔楼地上建筑面积约为68452m,商业部分建筑面积约为13194m2,地下车库建筑面积约为6597m',总建筑面积约为88243m'。A4塔楼平面呈长方形,长度54.40m、宽度34.00m,沿高度方向平面尺寸不变,外围框架柱的柱距为7.50m ~ 9.60m。A4塔楼的结构体系为钢筋混凝土框架-核心简结构,典型框架柱网为9.6mx8.6m。受建筑功能及布局的限制,核心简分别设置在中庭两侧的电梯井筒、楼梯间部位,而且由于核心简很小,在建筑物端部还须增设一般剪力墙来增 强结构的整体刚度。A4塔楼主体结构的抗侧力体系由框架、双筒和剪力墙共同组成。A4塔楼在地面以上与裙房完全脱开,抗震缝宽度为150mm。在不影响建筑使用功能的前提下,适当增加主楼及周边地下室内的剪力墙,通过计算满足上下层的刚度比大于等于2的要求,地下层1的顶板可以做为上部结构的嵌固端。地下层1的顶板厚度为180mm,上部标准层的楼板厚度为120mm,裙房顶板层及主楼屋顶层的楼板厚度加厚为150mm。
2结构超限类别及程度
2.1高度超限分析
A4塔楼建筑主要屋面结构高度147.95m,结构采用钢筋混凝土框架-核心简结构体系,属于B级高度高层建筑。
2.2不规则情况分析
平面规则性:结构平面形状简单、规则、无凹凸变化,楼板局部小面积开洞均满足《抗规》3.4.3 条规定(其中塔楼中庭处天井的开洞率约为7%,层1大堂上空的开洞率约为20%),不存在平面不规则的情况。竖向规则性:结构竖向构件连续、立面无较大的收进,局部楼层(位于裙房顶部的塔楼底层)的侧向刚度小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%,但楼层抗剪承载力无突变,下层与上层的抗剪承载力比值均大于0.80,存在局部竖向不规则的情况。
3抗震性能目标的选定
3.1结构抗震性能水准的选取
针对A4塔楼的具体情况,对应各种地震工况下的地震动参数按下面的原则选取: (1)小震作用(多遇地震),按场地安全性评价报告和国家相关规范所提供的相关参数分别计算, 计算结果取两者较大值: (2)中震(设防地震)、大震(罕遇地震)作用,按现行国家相关规范选取。
3.2结构抗震性能目标的选定由于A4塔楼结构平面规则,立面竖向无突变、无收进,仅高度超限,因此综合权衡,抗震性能设计目标选定为: (1)小震作用下,建筑不需修理即可继续使用,即结构满足弹性设计要求,包括全部构件的抗震承载力满足现行规范要求,各楼层的最大层间位移角不大于1/800; (2)中震作用下,建筑修复后可继续使用,各楼层的最大层间位移角不大于1/300,主要抗侧力构件(底部加强区的剪力墙和框架柱)需进行中震不屈服情况下的偏压、偏拉承载力复核和中震弹性情况下的受剪承载力复核,对建筑四个角部框架柱在底部加强区还要按中震弹性情况下进行复核;(3)大震作用下,建筑能保障生命安全,各楼层的最大层间位移角不大于1/100,关键部位的抗侧力构件(底部加强区的剪力墙)应满足大震不屈服下的受剪截面控制,即应进行剪压比验算。
4小震弹性设计
选用SATWE,PMSAP 2012年6月30日版本两种软件分别进行了计算分析和对比。
4.1结构自振周期.
运用上述两种软件建立了三维模型,经过空间整体计算和分析,分别得出结构的自振周期,两种软件计算出来的结构自振周期基本一致。
4.2层间位移
运用上述两种软件计算得到结构在x, Y向风荷载和地震四种荷载工况作用下的最大层间位移角及最大位移比,可以看出,虽然两种软件的计算模型不同,计算出来的最大楼层层间位移也稍有差别,但都能满足相应规范的要求。
5中震不屈服设计和中震弹性设计
5.1层间位移角
采用中震弹性工况对应的地震参数:地震影响系数为0.23;抗震等级为四级;特征周期为0.37s。运用SATWE和PMSAP两种程序分别对结构进行了中震弹性下的补充计算分析,可看出:在中震弹性地震作用下,X, Y两个方向层间位移角均基本满足性能目标对应的结构层间位移角的限值要求。
5.2主要抗侧力构件中震不屈服和中震弹性设计
5.1层间位移角
采用中震弹性工况对应的地震参数:地震影响系数为0.23;抗震等级为四级;特征周期为0.37s。运用SATWE和PMSAP两种程序分别对结构进行了中震弹性下的补充计算分析,可看出:在中震弹性地震作用下,X,Y两个方向层间位移角均基本满足性能目标对应的结构层间位移角的限值要求。
5.2主要抗侧力构件中震不屈服和中震弹性设计
按照性能目标的设定,工程的主要抗侧力构件(底部加强区的剪力墙和框架柱)需进行中震不屈服情况下的偏压、偏拉承载力复核和中震弹性情况下的受剪承载力复核,对建筑四个角部框架柱在底部加强区还要按中震弹性情况下进行复核。具体到结构构件,分别按以下规则处理:对于- -般框架柱,框架柱纵筋按中震不屈服的计算结果配筋,框架柱的箍筋按中震弹性的计算结果配筋。但对于建筑物四角的框架角柱,框架柱纵筋和箍筋均按中震弹性的计算结果配筋。
6结论
对于具有类似的仅超高的超限高层建筑结构,首先应重视结构的抗震概念设计,合理布置结构框架梁、框架柱以及剪力墙,保证结构的刚度分布比较均匀。对同类超限高层建筑结构的理论分析,建议必须选用两种以上不同的结构软件来进行计算和分析,应进行小震下的弹性时程分析补充验算,宜进行大震下的弹塑性分析,找出结构的薄弱环节。
参考文献
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