1、百集龙商业广场 A1 地块 A 塔结构设计 许庆 何喜明 胡彬 袁琨 阎钟巍 中国建筑设计院有限公司 摘 要： 百集龙商业广场为大型商业综合体, A 塔为其中最高的单体建筑物, 其主体结构高度介于高规规定的 A 级高度和 B 级高度之间, 属于超限高层建筑。本文重点介绍了如下方面的设计内容:根据建筑平面布置以及沿高度变化的情况, 做出超限情况判别, 并依据实际超限情况, 选择适宜的性能化设计目标, 针对具体超限项目采取相应的抗震设计措施;使用 YJK 及 MIDAS 两种计算分析软件, 对 A塔在多遇地震作用下的效应进行分析对比, 从中校核辅助判断计算结果的合理性;简要介绍了位移控制计算的一点
2、体会;补充了弹性时程分析及罕遇地震作用下结构的静力弹塑性分析 (Pushover) , 作为必要补充。关键词： 性能化设计; 位移控制; 弹性时程分析; Pushover; 作者简介：许庆, 本科, 高级工程师, 主任工程师, 一级注册结构工程师, Email:。Structure design of Tower A building of Baijilong PlazaXu Qing He Ximing Hu Bin Yuan Kun Yan Zhongwei China Architecture Design Group; Abstract： The Baijilong commercia
3、l plaza is a large commercial complex building, tower A is one of the highest single building, the main structure of the height is between the class A and B height of the high-rise buildings.It is an overrun high-rise building.The design contents as follows:according to the building layout, changes
4、along the height, to analyze overrun issue of the project, and based on the actual situation, choose the suitable performance design objective, specific the project to take corresponding measures to seismic design;two kinds of calculation analysis software YJK and MIDAS were used to analyze and comp
5、are the earthquake effect under the action of earthquake, check the calculation results for the rationality of the auxiliary judgment;the experience of displacement control calculation were introduced;elastic time history analysis under rare earthquake and analysis of the structure under the action
6、of static elastic-plastic (Pushover) as necessary complement were supplementary.Keyword： performance-based design; displacement control; the elastic time history analysis; Pushover; 1 工程概况百集龙商业广场项目位于昆明市西山区“城中村”改造 46 号片区, 项目用地北邻 197 号规划路, 南邻 196 号规划路, 路南比邻西山新城一期;东面紧邻益宁路;西面相隔 25m 宽的规划路与本项目 A2 地块相邻。工程鸟
7、瞰图见图 1。项目由 A、B 两座高层塔楼办公楼及 C1、C2、C3、C4 四座商业裙房组成, 各楼之间由连桥连接。A 座办公楼共 33 层, 塔楼结构总高度为 149.8m, 主体檐口屋面高度为 138.6m。首层为商业, 层高 6.0m, 25 层为商业, 层高 5.1m, 6 层以上为办公, 除避难层外, 30 层以下层高均为 3.9m, 30 层以上层高均为 4.5m, 其中 10 层及 22 层为避难层。剖面示意图见图 2。建筑结构安全等级为 2 级, 地基基础设计等级为甲级, 设计使用年限 50 年, 设计基准期 50 年。A 楼的建筑抗震设防类别为丙类。昆明市抗震设防烈度为 8
8、度, 设计基本地震加速度为 0.2g, 建筑场地类别为类, 设计地震分组为第三组, 对结构设计影响较大。基本风压取 w0=0.30k N/m, 基本雪压取 S0=0.30k N/m, 地面粗糙度类别为 B 类。图 1 工程鸟瞰图 下载原图2 结构体系选择本工程地处高烈度地震区。为有效承担水平及竖向荷载, 参考国内同类高层建筑的工程实例, 主体结构的抗侧力体系采用框架-核心筒结构体系。初步拟采用型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构体系, 依据高规2中关于混合结构体系的相关规定, 设防烈度 8 度 (0.2g) 地区型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构高度限值为 150m, 本工程 A 塔主体檐口
9、高度为 138.6m, 可不做超限审查。应建设单位要求, 经过方案比选, 最终选取经济性更好的现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。同条件下混凝土框架-核心筒结构的 A 级高度限值为 100m2, 须做超限审查。图 2 剖面示意图 下载原图3 基础选型拟建场地地貌属于滇池湖积盆地西南部地段, 现场地西南角分布有一东西长约80m、南北宽约 40m 的椭圆形深坑。现场场地起伏较大, 最大高差约 10.35m。场区 20m 深度范围内揭露有 (4) 1、 (5) 两层粉土, 综合判定场地存在轻微中等液化, (4) 1层粉土为可液化土层, (5) 层粉土为不液化土层。桩基抗震验算时, 建议 (4) 1层
10、粉土液化折减系数取 1/3。另外, 场地地基土层中分布有多层泥炭质土, 地表浅部分布有厚度不等的 (1) 层杂填土 (部分地段揭露厚度较大) , 上述土层承载力较低, 均为本场地的软弱土层, 抗震设防烈度 8 度时应考虑软土震陷对建筑物的影响。根据地勘报告的建议, A 楼采用桩筏基础方案, 以 (9) 层黏土或 (9) 1层粉土作为桩端持力层。桩型采用当地经验较为成熟的旋挖成孔灌注桩。由于有效桩长不小于 65m, 考虑到基桩长径比的因素, 并参考当地经验, 确定桩径为1000mm, 为进一步提高基桩承载力, 采用桩端及桩侧后注浆工艺辅助成桩。桩筏筏板厚度为 2500mm。4 结构分析及设计计算
11、4.1 结构超限判别本工程的主要超限 (不规则) 判别情况如下:(1) 8 度 0.20g 地区 A 级高度钢筋混凝土框架-核心筒高层建筑的最大适用高度为 100m, A 座塔楼主体结构主要檐口高度为 138.6m, 高度超限, 但未超过 B 级高度。(2) 本工程部分楼层 Y 方向考虑偶然偏心的扭转位移比大于 1.2, 属于扭转不规则。(3) 二层局部挑空, 楼板开洞面积大于 30%, 有效宽度小于 50%, 属于平面不规则。(4) 二层楼板不连续, 局部形成穿层柱, 属于平面不规则。由于采用了钢筋混凝土框架-核心筒结构体系, 本工程高度超限, 超过 A 级高度8 度区 (0.2g) 100
12、m 的最大高度限值, 应进行超限高层抗震设防专项审查。4.2 抗震性能化设计本工程抗震性能目标定位为 C 类, 即小震时完好、无损坏;中震轻度破坏;大震下中度破坏。各个构件抗震性能目标见表 1。具体措施如下:(1) 底部加强区核心筒剪力墙通过提高竖向分布筋配筋率为 1.5%, 水平分布筋配筋率为 0.5%1.5%, 并且在核心筒剪力墙埋设型钢加强后, 剪力墙满足中震抗剪弹性、抗弯不屈服, 大震下最小抗剪截面的性能要求。表 1 结构构件抗震性能 下载原表 (2) 底部加强区框架柱通过埋设型钢, 提高箍筋配筋率, 满足中震抗剪弹性、抗弯不屈服, 大震下最小抗剪截面的性能要求。(3) 部分核心筒连梁
13、通过内埋型钢或设置斜向交叉钢筋加强后, 满足中震下大部分连梁抗弯屈服、抗剪不屈服的性能要求。(4) 二层大开洞楼板和其上一层楼板通过适当加强配筋后, 满足中震不屈服的性能要求。4.3 针对不规则情况的抗震设计措施由于建筑功能上要求入口大厅部位两层通高, 在二层形成较大面积的楼板开洞, 造成该层楼板局部不连续, 详见图 3。针对这种平面不规则情况, 一方面采取加大板厚, 设置双层双向楼板钢筋等构造措施, 同时对楼板不连续楼层及上下相邻楼层楼板进行补充应力分析, 详见图 4 及图 5。分析表明:(1) 在多遇地震下, A 楼二、三层大部分楼板主拉应力小于 2.2MPa, 仅核心筒内楼板角部主拉应力
14、较大, 说明在多遇地震下, 大部分楼板不会产生裂缝, 满足设计要求。图 3 楼板开洞示意图 下载原图图 4 楼板 X 向应力分布示意图 下载原图图 5 楼板 X 向应力分布示意图 下载原图(2) 在中震下, A 楼二、三层楼板大部分楼板主拉应力为 4.0MPa 以下, 考虑楼板采用双层双向通长附加筋抵抗该拉力, 局部应力集中部位楼板配筋加大。由于楼板开洞形成的跃层柱, 在地震力分配上按不小于楼层非跃层柱的最大值处理, 满足中震抗剪弹性、抗弯不屈服的要求。4.4 多遇地震线弹性分析(1) 参照高规第 5.1.12 条中规定, 体型复杂、结构布置复杂以及 B 级高度高层建筑结构, 应采用至少两个不
15、同力学模型的结构分析软件进行整体计算。相互校核计算结果。保证各项控制指标均满足规范、规程的要求, 保证结构小震保持弹性。分别采用盈建科和迈达斯两种空间分析软件, 基于整体结构计算模型进行计算, 复核各项整体指标 (周期、位移角、地震剪力系数、最大轴压比、楼层刚度比、框架部分承担的地震作用等) 是否满足规范要求, 模型中楼板薄弱部位按弹性楼板处理。(2) 根据高规第 5.1.13 条中规定, B 级高度的高层建筑结构应采用弹性时程分析法进行补充计算, 宜采用弹塑性静力分析方法补充计算。本工程利用 YJK (1.5版) 进行多遇地震下的弹性时程分析, 计算结果与采用振型分解反应谱法的结果进行分析比
16、较。另采用软件 PUSH其次本工程总高度 140m 左右, 小于 150m, 不适用于高规第 3.7.3 条有关放宽位移控制的要求;特征周期 0.65s, 反应谱有较长的平台段也不利于位移控制。受建筑功能、层高等诸多因素限制, 同时兼顾工程经济性, 就本工程而言, 针对结构体系采用一定的加强措施, 而非单纯增大截面, 应更为合理。4.5 多遇地震弹性时程分析时程曲线参数采用 YJK 程序中的七条地震波, 其中 2 条人工波和 5 条天然波。在时程分析中, 主方向地震波加速度峰值取 0.7m/s, 本工程考虑水平双向地震作用, 主方向与次方向地震波加速度峰值比为 10.85。每条时程曲线计算所得
17、的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的 65%, 七条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的 80%, 结构地震作用效应取七条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。地震波平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比, 在主要周期点上相差不大于 20%1。A 楼相对应的地震波反应谱曲线以及与三类场地的规范反应谱曲线的对照见图 6。多遇地震下的弹性时程分析主要结果见表 3。计算结果表明, A 楼 X (Y) 方向时程分析得到的底部剪力平均值及最小值与 CQC 法结果比较, 均满足规范要求。设计时, 结
18、构地震作用取两者的大值。因此, 弹性时程分析结果满足规范要求。计算结果取时程法的平均值和反应谱法的较大值包络设计1。经过对比分析, 本工程 X 向及 Y 向楼层剪力及层间位移角的变化趋势与反应谱分析 CQC 法得到的结果基本一致, 时程法计算结果的平均值均小于 CQC 计算结果, 设计时可采用 CQC 计算结果。表 2 主要计算结果对比 下载原表 图 6 规范谱与地震波平均谱对比 下载原图表 3 时程分析结果 下载原表 4.6 罕遇地震结构静力弹塑性分析本工程体系简单, 布局基本合理, 罕遇地震弹塑性分析采用静力弹塑性 (Pushover) 方法进行分析。分析过程相对简单, 结果如图 7 及图
19、 8 所示。图 7 A 楼 X 向能力及需求谱线图 下载原图图 8 A 楼 Y 向能力及需求谱线图 下载原图分析结果表明, A 楼 X 向罕遇地震性能点所对应的结构顶点位移为 1018.7mm, 此时结构基底剪力约为 140649.9k N, 最大层间位移角出现在 22 层, 为1/111;A 楼 Y 向罕遇地震性能点所对应的结构顶点位移为 778.6mm, 此时结构基底剪力约为 144901.4k N, 最大层间位移角出现在 14 层, 为 1/154, 小于规范规定的 1/100 的层间位移角限值。从结构的出铰部位、程度和顺序来看, 两方向的基本特征相差不大:随着侧向力的推覆, 核心筒连梁
20、和部分框架梁塑性铰的数量逐渐增多, 随后顶部的剪力墙开始出铰, 部分底部剪力墙也出现塑性铰, 并逐渐向上延伸。当达到罕遇地震性能控制点时, 剪力墙出现较多塑性铰, 主要集中在底部和顶部几层。继续侧推, 剪力墙塑性铰出铰程度加深, 框架柱端未出现塑性铰, 底部剪力墙一部分出现破坏, 整体承载力下降。总体看来, 在罕遇地震作用下, 结构的大部分连梁出现塑性铰和底部及顶部剪力墙进入屈服状态, 整个结构具有较好的弹塑性变形能力;最大层间位移角小于规范规定的 1/100 的层间位移角限值, 可满足“大震不倒”的要求。5 结语本工程地处高烈度设防地区, 结构总高度仅超过 A 级高度, 体型、体系简单, 布局较为合理。设计过程中做了比较全面的分析, 但地震作用下的位移控制效果不理想, 值得进一步分析、探讨。参考文献1建筑抗震设计规范:GB 500112010S.北京:中国建筑工业出版社, 2010. 2高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 32010S.北京:中国建筑工业出版社, 2011.
