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{:5_112:} 1#、5#楼高153.9m,2#、3#楼高176.9m应该是主体高度,如果算上顶部结构 应该是 160 和 180多~
http://www.wanda-gh.com/ghsl/jsyjn/201410/t20141024_11127.html
合肥万达城D地块超高层酒店式公寓结构设计
发布日期:2014-10-24 作者:王建超 来源:商业地产设计中心文旅设计部
【摘要】合肥万达城酒店式公寓地块包括4栋超高层建筑,其中1#、5#楼高153.9m,2#、3#楼高176.9m,采用框架-核心筒结构体系。基于性能化设计思想,利用结构非线性分析软件MIDAS BUILDING进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性分析,根据罕遇动力弹塑性分析结果,对结构的薄弱部位采取了加强措施,保证了结构整体及关键部位在大震作用下的安全性,通过了结构超限专家审查,达到了安全、可靠与经济性的统一。
【关键词】 超限结构 地震安全性评价 罕遇地震性能化设计 动力弹塑性分析
1、前言
合肥万达城酒店式公寓地块位于合肥市滨湖新区,北临南宁路,南临嘉陵江路,东临井冈山路。地块占地面积5.27公顷, 包括4栋超高层建筑,其中1#、5#楼高153.9m,2#、3#楼高176.9m。总建筑面积38万m2,其中地上建筑面积32万m2,地下建筑面积6万m2。1#、5#楼地上47层,2#、3#楼地上54层,标准层层高3.2m,底部商业2层,一层层高4.5m,二层层高3.9m。
图1.1超高层公寓
2、结构体系与设计参数
4栋公寓标准层平面长41.4m ,宽34.2m,2#、3#楼高宽比为4.5,采用框架-核心筒结构。
图2.1标准层平面布置图
由于四栋塔楼为超高层建筑,柱截面较大,按常规混凝土柱最大截面达1.2X1.4m,严重影响建筑使用空间,且为了满足结构性能化设计要求,底层框架柱采用了型钢混凝土柱。
四栋公寓标准层层高3.6米,底部柱尺寸较大,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)底部柱为极短柱,采用型钢混凝土柱后,最大柱截面尺寸1X1.2m左右,能够有效的增加柱延性,提高抗震性能,解决超短柱问题。采用YJK软件计算柱剪跨比,确定型钢柱范围,达到安全与经济性的统一。
本项目抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度值0.10g,Ⅱ类场地土,设计地震分组为第一组,Tg=0.35s,抗震设防类别为丙类。
3、超限判别
4栋公寓均超过130m,但小于180m,属B级高度超限结构,考虑偶然偏心的位移比大于1.2,属于扭转不规则的结构,需进行超限结构专家审查。
4、自振周期及模态
图4.1 第一阶模态图振动简图
图4.2 第二阶模态图振动简图
5、规范谱与安评谱分析结果比较
图5.1 规范谱与安评谱地震影响系数比较
由图5.1可见周期在0.5~5.5秒范围内,安评谱的地震影响系数均大于规范谱。
6、抗震性能目标
7、小震分析
7.1地震波的选择:
采用2条天然波及1条人工波进行弹性时程分析
图7.1天然波 USER1主方向
图7.2天然波 USER1次方向
图7.3天然波 USER4主方向
图7.4天然波 USER4次方向
图7.5人工波 USER8主方向
图7.6人工波 USER8次方向
图7.7 小震弹性分析频谱图
7.2 小震弹性时程分析结果
结论1、各时程曲线计算所得基底总剪力,均大于振型分解反应谱求得的基底总剪力的65%,均小于其基底总剪力的135%;
2、三组时程曲线计算所得基底总剪力的平均值,大于振型分解反应谱求得的基底总剪力的80%。
弹性时程分析与反应谱法计算结果对比如下所示:
7.8 X方向楼层位移曲线 7.9 Y方向楼层位移曲线
7.10 X方向层间位移角曲线 7.11 Y方向层间位移角曲线
7.12 X方楼层剪力曲线 7.13 Y方向楼层剪力曲线
从弹性动力时程计算结果显示,三组时程曲线补充计算结果满足规范各项要求;结构在高阶振型的影响下,其顶部楼层鞭梢效应开始显现,弹性动力时程分析结果较振型分解反应谱法计算的地震层剪力大。
8、罕遇地震动力弹塑性分析
基于性能化设计思想,利用结构非线性分析软件MIDAS BUILDING进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性分析
8.1纤维材料本构模型
(1)混凝土
混凝土材料的本构关系采用了《混凝土规范》附录C中提供的单轴受压应力-应变本构模型,见图8.1,卸载和重新加载刚度退化参考了日本混凝土规范标准,不考虑混凝土的受拉特性,认为单元受拉时由受拉侧钢筋承受拉力。
图8.1混凝土材料的本构模型
(2)钢筋
钢筋假定为理想弹塑性材料,本构关系采用简化的二折线模型,见图8.2,无论屈服与否,卸载和重新加载时使用弹性刚度,为了计算的收敛性强化段刚度折减系数取0.01。
图8.2钢筋材料的本构模型
(3)墙单元的剪切特性材料
墙单元的剪切特性材料本构关系使用剪力退化三折线模型,屈服前卸载和重新加载时使用弹性刚度,屈服后卸载指向原点,重新加载时使用卸载刚度重新加载,见图8.3。
图8.3墙单元剪切特性
(4)钢筋混凝土梁/柱滞回曲线
采用可以考虑刚度和强度退化的修正武田三折线模型,修正武田三折线模型对武田三折线模型的内环时的卸载刚度计算方法做了修正,见图11.4。
图8.4 修正武田三折线模型
8.2 地震波
大震动力弹塑性分析采用2组天然波和1组人工波,分别为天然波A(L0169、L0170)、天然波B(L0823、L0824),人工波C(L740-1,L740-3)
图8.5天然波A(L0169)水平1方向
图8.6天然波A(L0170)水平2方向
图8.7天然波B(L0823)水平1方向
图8.8天然波B(L0824)水平2方向
图8.9人工波C(L740-3)水平1方向
图8.10人工波C(L740-1)水平2方向
各条记震波反应谱特性与《抗震规范》提供的罕遇地震影响系数曲线对比如图8.11所示。
图8.11罕遇地震反应谱曲线与规范反应谱曲线
8.3 动力弹塑性时程分析结果
各条地震动波形主要特性参数见表8.1,从表中可知,各地震动特征周期和本工程场地比较接近,有效持时为结构基本周期的5倍以上,且大于15s,地震动主方向有效峰值加速度为220cm/s2,双向输入时,主次方向有效峰值加速度比例为1:0.85。
在进行弹塑性时程分析之前,首先对模型进行了模态分析,并与常规计算的总质量代表值、周期进行对比。一方面可以验证模型的总质量和刚度的准确性,另一方面也可以对结构的基本动力特性做出初步判断。表8.2为各分析软件弹性分析的主要结果对比:
从上表可以看出,两种软件的计算的振型变形方向一致,周期及总质量接近,BUILDING计算模型用于动力弹塑性分析是可靠的、合理的。
针对结构在罕遇地震作用下由弹性到屈服以及屈服后阶段的全过程的行为,判断结构是否存在可能的薄弱区,对结构构件损伤状态具体分析:
图8.12 X主方向地震动B作用下剪力墙混凝土应变等级弹塑性状态
图8.13X主方向地震动B作用下剪力墙钢筋应变等级弹塑性状态
图8.14
图8.15 X主方向地震动B作用下剪力墙损伤状态
图8.16 Y主方向地震动B作用下剪力墙混凝土应变等级弹塑性状态
图8.17Y主方向地震动B作用下剪力墙钢筋应变等级弹塑性状态
图8.18
图8.19 Y主方向地震动B作用下剪力墙混凝土损伤状态
图8.20 地震波B作用下框架梁梁端弯曲延性系数分布图
图8.21 地震波B作用下连梁梁端弯曲延性系数分布图
图8.22 地震波B作用下框架柱柱端弯曲延性系数分布图
(1)框架梁
约55%的框架梁梁端进入弯曲屈服状态,仅30%以上梁端延性系数大于1.0,故本工程梁损伤较小,不会影响结构的整体安全性。
(2)连梁
约80%以上连梁梁端进入弯曲屈服状态,约20%梁端延性系数小于1.5,约40%梁端延性系数为1.5~3.0,损伤较为严重、延性系数大于4的约25%,分散于不同楼层,不会影响结构的整体安全性。
(3)剪力墙
大部分剪力墙剪切向处于弹性工作状态,进入屈服状态的比例不足5%,主要出现个别墙肢的角部的纤维,墙肢受剪截面均能满足《高规》要求,墙肢受剪承载力经复核均能满足不屈服要求,不会出现整片墙肢的屈服和破坏。
(4)柱
从框架柱的延性系数图可以看出,柱延性系数值均较小,梁延性系数均比柱大,塑性铰发展程度大于框架柱,结构能满足强柱弱梁的要求。
9、结语
1、本项目采用型钢混凝土柱增加了柱延性,提高了结构构件抗震性能,增加了建筑空间,提升了建筑品质。采用YJK软件确定柱剪跨比,控制型钢柱范围,确保安全性与经济性的统一。
2、采用MIDAS BUILDING进行了动力弹塑性分析模拟了罕遇地震下结构的行为。
2、在三条地震波作用下,结构最大弹塑性层间位移角均保持在1%内,满足规范对于大震不倒的设防水准,并且构件也均能满足性能目标的要求。
3、本项目采用性能化设计方法,进行了小震、中震及大震动力弹塑性分析,通过了结构超限专家审查,能够确保结构体系合理,达到安全、可靠与经济性的统一。 |
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