武汉开顿国际大厦超高层结构计算与分析

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1、第3 9 卷增刊建筑结构 2 0 0 9 年4 月 武汉开顿国际大厦超高层结构计算与分析 金波，王新，温四清 武汉市建筑设计院，武汉4 3 0 0 1 4 【擅】武a * 梗国R 太厦建筑日g8 4 5 6 8 m 2 。n 高2 0 5 m ，T2 目，4 8 E ，采月* * * 框架- # 0 筒 结构，其十g 】一M 框槊柱为钢混凝柱。奉i 舟绍T 镕构选与甲市t 结构计算分析m A g 抗l 措 。 关日】超高目筑；镕椅选目，框女一# o 筒结构；结构计算 A n a l y s i sa n dC M e e l e t l o no fW u h a nK a I d u nP

2、h z d J i nB o ，W a n gX i n ，W e nS i q i n g ( W u k a nA w h i t e c t ur a lD e s i g nI n i l u l e ，W u h a n4 3 0 0 1 4 ，C h i n a ) A b I r a c l ：T h e ”o f w “a nK a i d u nP l a z a i s $ 4 5 6 8 m 。a n d t h e t o Hb n i n l 2 0 5 mT h eb u i l d i n gc o n 刚o f2s t o r i e s u n d e r g

3、 r o u n da n d4 8n o n e 5o v e t g 唧n dT h eB I c t u m JB “ l BR Cf r a m e c o w a l ls I m c t u Ma n dS R Cc o l u m nisu “ df r o m f l o o r lb f l o o r HT h e $ t c l ur a ld e s i g no fb u i l d i n g 。p 船e n t e da n ds e v e m l ”b k dD b I s u c ha so p t i o no fH l m c l u m $ y $ l

4、 e m ，$ 1 m e t u m l n g m ，5 I 1 c a I n u l ，s e i s m l nf o T t i f i c a t l o n s K e y w e r d ss H p egh i g h n b u i l d i n g ；o p t l o no fs I r u c I u m Is p t e m ：h c n m w a l ls 皿c t u ” s l m e l u de a l e u l a l i o n 1 工程概a 武役开顿国际大厦位于武攫市汀汉建设大道北 错，地下2 层、地上4 8 屡，从室外地面到主耍屋面的高 度

5、为2 0 5 m 。地上部分的建筑面积为7 2 7 2 2 m 1 ，地下部 分的建筑面积1 18 4 6 m 1 ，建筑效果围见圈l 。 工程抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度 值为00 5 9 。设计抗震分组 为第一组抗震没脐类别为 标准设防类( 丙娄) 建筑场 地土类别为I 类。根据地 震安全性评价报告，奉工程 多遇地震水平地震影响系 散为00 7 8 5 ，罕遇地震为 03 2 3 7 ，场地特征周期为 04 6 * 。基本风压按1 0 0 年 一遇的风压采用，其值为 o4 0 1 t N I m 2 地面租糙度类 别为C 类。 2 结构盎型与平面布置 2 1 结构盏型 结构选

6、型阶殷考虑过 4 种结构体系：钢筋混凝土茼中筒结构矩彤铜管混凝 土框架一混甏棱心筒结构钢筋混凝土框架柱混 凝土核心筒结柯钢筋混凝土( 底部楼层为型钢混凝 土) 框集柱一混凝土棱心筒结构。 3 1 2 2 1 1 钢筋混凝土筒中筒结陶 月前武汉市已建成的超高层公共建筑结构形式均 采用筒中简结构。简中筒结构的优点是结构抗侧剐度 很大，但是其卦框柱距鞋小( 小于4 m ) 1 ，时建筑使用 功能的限制较大。建设方和建筑专业均不认可筒中倚 这种外榧“密柱辣粱”的结柯形式，综台考虑后没有采 用此结构方寨， 2I2 矩形钢管混凝框架一琨凝核心筒结构 框架柱为矩形铜管混凝核心筒采用混凝土，楼 面粱采用锕粱。

7、此方案钢结构材料使用较多经过经 济性的初步比较造价较高，因此也没有考虑采用此结 构方案。 2I3 钢筋混凝框架柱一混凝土核心筒结构 框架柱、核心筒均为混凝楼面粱采用锕筋混凝 土粱。为满足规范轴压比的要求底部框架柱截面为 1 6 5 0 1 6 5 0 。因此如果采用纯钢筋混凝土结构，给建 筑带来丁问题：由于柱截面过大，使地下车库的停车位 减少，写字楼部分宴际使用面积也减少。最终排除此 结构方案。 2l4 钢筋混凝( 底部接层为型锕混凝土) 框槊柱一 混凝土檀心筒结构 底器M 层混凝土柱内设置型钢，既能减小框架柱 截面R 能增加框槊柱延性。楂面檗采用钢筋混凝土 檗，楼板采用现浇混凝土楼板。增设型

8、钢后，底辞框架 镕i n I T & * m e i ：a u 3 1 4 1 2 6 m 柱截面减小为1 3 0 0x 1 3 0 0 ，单根柱面积磕小10 3 2 5 m 2 ， 每层1 5 根框架柱一共减小面积1 54 8 7 5 m 2 。假设该建筑 使用面积售价为2 0 0 0 0m m 2 ，每层带来的直接经济收 就为的3 l 万元层，相对f 增设型锕而增加的造价而 言，经挤效益f 分明显。综台考虑建筑使用功能抗震 性能、经济性等各方面因素。最终采用了此结构方案。 2 2 结构平面布置 结构采用钢筋棍凝土框架柱一混凝土校心筒结构 体系。下部2 4 层框架柱秉用型铜混凝土柱，柱截面均

9、 为1 3 0 0x1 3 0 0 柱内双十字形型钢由2 H I C 0 0x3 5 0x 3 6x3 6 逐渐减小为2 H 1 0 0 0 2 5 0x 1 4x 1 4 音锕率由 68 6 逐渐喊小为24 3 ，型钢铜号为Q 3 4 5 B 。混凝 土柱截面由1 3 0 0x 1 3 0 0 逐渐碱小为9 0 0x9 0 0 。对于 剪力墙，外墙厚度由7 0 0 连新减小为4 0 0 内墙厚度由 6 0 0 逐渐碱小为3 5 0 。连接外框内筒之间框槊梁主要 截面为6 0 0 7 0 0 、6 0 0 9 0 0 。墙、柱的混凝标号为 c 6 0 一C 4 0 ，框架粱的混凝土标号为C 4

10、 0 标准层结构平面详图2 。 玎f ； 攀 谚 孳 常二喂稀扑 獠#龃 辩 翌一1 3 结构计算五分析 3 1 振型分解反应谱浩的弹性分析结果 分别采用S A T W E ( 2 0 0 5 版) 和E T A B S 【920 版) 程序进行小震作用下的弹性计算，主要计算参数如下： 周期折减系数09 ；结构阻尼比00 4 5 ，粱刚度增大系 数中粱18 边粱I4 。 根据 复杂高层建筑结构设计2 中性能目标的 要求，车T 程抗震性能目标确定为性能目标D ，即小震 作用下，结构在地震后完好、无搅伤，一般不需修理即 可继续使用人们不会困结构损伤造成协害，日壹全m 和使用；中震作用下，结构的薄弱

11、部f t 和秉蛋部位的 构件轻微描坏出现轻微裂箍，其他部位有部分选定的 具有延性的构件发生中等拘坏，出现明娃的裂缝进 屈服阶殷需要修理并采取一些安仝措施才可继续使 用；太麓作州下。结构在地震作用下发生中等程度的破 坏。多数椅件轻微损坏，部分构件巾等搦坏，进 屈服。 有明显的裂缝，蔼要采取安垒措施人们不能安全出 经过恬理、适当加崮后才可继续使用。 撮型分解E 谱洼的弹性分析结晕袭1 A 目月# 阻l m ( 口目HH 黑b - ) R t I ) * * ( 目4 A * 十镕* $ M & ) “自女 r4 * m * # 日f H 日 自M 根据这一性能H 标，太震作用F 各构件的细部构 造

12、至少需满足高延性的要求，故将抗震构造措施提高 一级考虑+ 即框架抗震等级为一缓剪 墙抗震等级为 一级。主要计算结果见表1 。由表1 中数据可以看出， 5 1 W E 和E T A B S 程序计算结果比较接近，结构在各 项指标上均符合规范要求。 3 2 弹性动力时程分析结果 采用S A T W E 程序进行弹性动力时程分析，选择r 两条天然渡( T H I T C 0 4 0 、T H 4 T G 0 5 5 ) 和两条 1 渡 ( U s e d 、U s e r 2 ) ，人T 波由地震安全性评价) 提供。 主、救、竖直分量峰值加速度分别为”，2 8 ，2 1e m s2 计 算结果见表2

13、 。从表中口f 以看出，每条时程曲线计算 的结构底部剪力小于振型分解反应谱计算结果的 6 5 ，平均值与C Q C 法的比值x 、r 向丹州为9 14 4 、 9 07 9 ，均大干8 0 。根据S A T W K 四条波计算出辑 接层剪力平均值与振型升解反应谱法( c Q c 诸) 汁算 出各楼层鲍力比较结果可“看出由r 高阶振型的影 3 l3 响，上部若干层时程分析计算出的地震反应大于C Q C 法计算出的相应部位的反应，据此对该区域内的地震 剪力予以放大，并对结构薄弱层和侧向刚度突变的部 位予以加强。 S A T W E 弹性时程分析结果表2 地震波或c Q C 法 T H l T G

14、0 4 0T H 4 T G 0 5 5 U s e r l U s e r 2 C Q C 底部剪 x 向 1 4 1 4 91 3 7 0 51 8 3 0 41 8 9 4 31 7 7 9 8 力( k N ) Y 向 15 4 0 01 1 0 8 31 7 8 6 91 7 0 7 41 6 9 1 4 与c Q c 法底 X 向7 9 5 0 7 7 1 0 28 4 1 0 6 ，4 3 1 0 0 部剪力比值y 向9 1 0 5 6 5 5 3 1 0 5 6 5 1 0 0 9 5 l 基底弯 X 向 8 5 9 8 4 81 1 0 8 5 9 3 1 8 6 3 9 8

15、 11 6 8 6 6 2 6 1 9 3 2 9 5 0 矩( k N m )y 向 9 9 1 7 2 41 0 7 4 9 3 21 6 4 0 4 6 41 5 0 1 7 8 31 7 7 0 1 6 9 最大弹性X 向1 1 2 5 0 ( 3 8 ) 1 6 8 5 ( 3 6 )1 1 7 9 ( 2 9 ) 1 9 7 9 ( 3 3 )1 2 0 6 ( 3 2 ) 层问位移角 ( 所在楼层)y 向l 1 4 1 2 ( 3 6 )t 1 0 8 9 ( 3 9 )l 7 7 8 ( 3 9 ) l 6 9 2 ( 3 8 ) l 8 2 1 ( 3 5 ) 四条波底部 X 向 1 6 2 7 5 1 7 7 9 8 = 9 I 4 4 剪力平均值与 C Q C 法比值 y 向1 5 3 5 6 1 6 9 1 4 ：9 0 7 9 3 3 静力弹塑性分析结果 采用M I D A S G e n ( 7 3 0 版) 进行中、大震作用下 的结构静力弹塑性分析( P u s h o v e r 分析) ，在M I D A S G e n 中使用A T C 一4 0 1 和F E M A 一2 7 3 1 提供的能力谱 法来对建筑物的抗震性能进行评价。本工程的 P u s h o v e r 分析中，选择两种类型的水平荷载分布模式， 即模态分布模式和加