超限裝配式高層結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

時間:2022-06-22 11:39:56

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超限裝配式高層結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

1工程概況

本項目位于上海市青浦區(qū),地塊東至青泰路,南至盈浦路,西至丁家港路,北至陳家江。本地塊設(shè)計由6棟商品住宅、1棟保障房(含兩層商業(yè)裙房)、1棟酒店建筑、兩層地下車庫組成。設(shè)計的室內(nèi)地坪±0.000標高為5.50m(吳淞高程基準)。地下車庫不設(shè)縫,地上為獨立的各棟單體。本工程抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類,抗震設(shè)防烈度7度,設(shè)計基本地震加速度0.10g,建筑場地類別:Ⅲ類,設(shè)計地震分組為第一組,設(shè)計特征周期為0.65s。查GB50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范可以得出,10年一遇的基本風壓:w0=0.40kN/m2;50年一遇的基本風壓:w0=0.55kN/m2;地面粗糙度類別:B類;1號~3號樓及8號樓高層整體位移指標控制采用50年重現(xiàn)期的風荷載控制,構(gòu)件強度設(shè)計時則采用50年重現(xiàn)期基本風壓的1.1倍進行配筋設(shè)計和校核。

2結(jié)構(gòu)布置

以2號為例,根據(jù)建筑平面布置特點,結(jié)構(gòu)體系采用裝配整體式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)平面樓蓋體系采用裝配式疊合混凝土梁板體系,梁板混凝土強度等級均為C30;剪力墻墻身部分采用預(yù)制,混凝土強度等級為C40~C30。根據(jù)相關(guān)規(guī)范對2號樓的不規(guī)則性進行判別:本單體考慮偶然偏心下的個別樓層扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2,但不超過1.4,為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。本單體為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系,根據(jù)DGJ08—9—2013上海市建筑抗震設(shè)計規(guī)程中第7.1.3條表7.1.3(預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)房屋使用的最大高度)的要求,本單體超過抗震設(shè)防烈度為7度抗震墻(預(yù)制疊合抗震墻)結(jié)構(gòu)對60m的最大高度的限制,故將此單體歸入建筑高度超限的特殊類型的高層建筑,故應(yīng)進行超限高層抗震專項審查。

3多遇地震下的抗震分析與設(shè)計

本單體結(jié)構(gòu)采用PKPM-SATWE,PKPM-SAP計算程序,樓板采用剛性樓板假定,計算地震作用按照規(guī)范中要求的參數(shù)進行主體結(jié)構(gòu)分析計算,均考慮空間扭轉(zhuǎn)耦連震動。選取地震波:根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求,本工程共選用三組時程曲線進行彈性時程分析,其中兩條天然波,一條人工波。振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線與三組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線相符,其加速度時程的最大值按照規(guī)范35cm/s2取值,頻譜特性和持續(xù)時間均滿足規(guī)范要求。3.1計算結(jié)果對比。本棟樓采用了PKPM-SATWE與PKPM-SAP進行分析,主要結(jié)果詳見表1。3.2結(jié)構(gòu)彈性時程分析結(jié)果及比較分析。分析用地震波采用PKPM自帶地震記錄和人工波,2號樓具體選波見表2,SATWE和彈性時程計算結(jié)果對比見表3。結(jié)論:通過規(guī)范反應(yīng)譜計算結(jié)果與彈性時程分析結(jié)果的對比分析,結(jié)果表明三條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%,每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%,選用地震波滿足規(guī)范及設(shè)計要求。3.3計算結(jié)果的分析。1)通過兩種計算模型的分析比較,發(fā)現(xiàn)其周期、振型、質(zhì)量、地震力等基本接近,表明本工程計算模型的合理性。2)通過計算分析,本工程上部結(jié)構(gòu)的位移比大于1.2,屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。3)彈性時程分析表明,各地震波的選取滿足規(guī)范要求,且各波的平均地震反應(yīng)和最大地震反應(yīng)均小于反應(yīng)譜分析結(jié)果,反應(yīng)譜結(jié)果可作為設(shè)計依據(jù)。

4基于性能的抗震設(shè)計

為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計安全,除按照規(guī)范的要求及目標進行計算和設(shè)計外,亦提出了抗震性能化設(shè)計的要求。確定結(jié)構(gòu)抗震性能目標為D級,對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵豎向構(gòu)件(底部加強區(qū)剪力墻)按照正截面中震不屈服、斜截面中震彈性進行驗算。計算結(jié)果表明,在設(shè)防烈度地震下,底部加強區(qū)剪力墻滿足斜截面抗剪彈性,正截面抗彎不屈服,可以實現(xiàn)預(yù)定的性能目標。中震不屈服下,底層受拉墻體截面驗算結(jié)果表明:在中震下,大部分墻肢仍處于受壓狀態(tài),部分小墻肢受拉。通過拉長或者加厚小墻肢后,受拉狀態(tài)的小墻肢拉應(yīng)力標準值均小于混凝土抗拉強度標準值,滿足了規(guī)范要求。

5大震作用下的彈塑性變形驗算

采用PKPM系列的PUSHOVER軟件進行了擬靜力推覆,來驗算驗證2號樓在大震作用下的彈塑性變形能力??沟顾炈憬Y(jié)果表明,在預(yù)估的大震作用下,X向和Y向彈塑性層間位移角小于規(guī)范限值,說明在大震作用下,本單體具有良好的變形性能,達到了“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

6抗震設(shè)計加強措施

6.1地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震加強措施。1)本工程各塔樓于地面以下連為整體且地下室頂板作為嵌固端,地下室頂板與地下室單體頂板存在約1.7m的高差,在高差交接位置的豎向構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施等級均提高一級,對單體塔樓與地下車庫頂板錯層交接位置設(shè)置1∶1坡度的梁上加腋,以保證水平力的有效傳遞。2)由于本項目為地下室超長結(jié)構(gòu)(長約221.1m,寬77.0m),在地下室頂板、底板、側(cè)墻等合理部分設(shè)置溫度后澆帶,使其在施工階段形成35m~40m的溫度區(qū)段,減小溫度應(yīng)力和溫度作用的影響。加強施工組織管理,做好施工養(yǎng)護,低溫入模,低溫合龍。6.2塔樓結(jié)構(gòu)加強措施。1)針對塔樓高度超過DGJ08—9—2013上海市建筑抗震設(shè)計規(guī)程中第7.1.3條表7.1.3(預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)房屋使用的最大高度)中相應(yīng)最大適用高度的情況,適當提高底部加強區(qū)范圍內(nèi)的剪力墻及框架柱的配筋,且在底部加強區(qū)及上一層抗側(cè)力構(gòu)件均采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),避免采用裝配構(gòu)件。2)根據(jù)PKPM-SAP進行的彈性時程分析得出地震作用放大系數(shù)回填到PKPM-SATWE中進行結(jié)構(gòu)的梁柱剪力墻配筋。3)針對本工程為裝配整體式建筑,在設(shè)計時進行預(yù)制剪力墻墻身的定義,對現(xiàn)澆部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行內(nèi)力及配筋的放大,放大比例不小于設(shè)計值的10%,剪力墻端部邊緣構(gòu)件采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。4)結(jié)構(gòu)抗震等級按照JGJ1—2014裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中第6.1.3條確定為二級,按照二級對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力調(diào)整,并采取抗震構(gòu)造措施。5)布置剪力墻時,避免采用較多的短肢剪力墻,短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的30%。短肢剪力墻不得采用預(yù)制墻體,須采用全現(xiàn)澆,嚴格控制其軸壓比,適當提高墻身配筋率,保證短肢剪力墻的延性。6)嚴格要求施工質(zhì)量:對預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點采用全預(yù)拌混凝土現(xiàn)澆,豎向構(gòu)件鋼筋連接處采用套筒灌漿,要加強監(jiān)測,確保灌漿質(zhì)量。7)連廊處樓板和梁不得采用預(yù)制構(gòu)件,采用全預(yù)拌混凝土現(xiàn)澆,適當加厚樓板加強配筋,保證傳力連續(xù)性。

7結(jié)語

按照相關(guān)國家規(guī)范、規(guī)程對本單體在地震荷載、重力荷載及風荷載作用下進行了詳細分析。各項參數(shù)指標基本達到規(guī)范要求;在施工圖中有針對性地加強構(gòu)造措施。根據(jù)本工程的超限情況,提出抗震性能化設(shè)計目標,對關(guān)鍵構(gòu)件(底部加強區(qū)剪力墻)進行抗震設(shè)防地震下驗算及罕遇地震下的彈塑性分析,有針對性地提出了高于規(guī)范的設(shè)計要求,并保證結(jié)構(gòu)在高于設(shè)防烈度的地震作用下仍具有一定的安全性。提高對施工質(zhì)量的要求,設(shè)計與施工相結(jié)合,從而保證了建筑的結(jié)構(gòu)安全。

參考文獻:

[1]JGJ1—2014,裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]DGJ08—9—2013,上海市建筑抗震設(shè)計規(guī)程[S].

[3]莊偉,鞠小奇.超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計從入門到精通[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2017.

[4]呂西林.超限高層建筑工程抗震設(shè)計指南[M].上海:同濟大學出版社,2011.

[5]魏璉.深圳超限高層建筑工程設(shè)計及實例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.

作者:劉昌勝 單位:中國核電工程有限公司鄭州分公司