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1、无锡奥凯商业广场 A 塔楼抗震设计 付修兵 沈伟 南京长江都市建筑设计股份有限公司 摘 要： A 塔楼采用钢筋混凝土框架核心筒结构, 存在扭转不规则、楼板局部不连续和穿层柱, 属于超限高层建筑。针对不同部位结构构件的重要性, 采用了相应的抗震性能目标。采用 SATWE 和 MIDAS 两种软件进行小震弹性反应谱分析, 并对结构进行了弹性时程分析和 Pushover 分析。关键词： 框架 核心筒结构; 弹性分析; 时程分析; 弹塑性分析; 作者简介：付修兵 (1979-) , 男, 高级工程师收稿日期：2017-08-24Seismic design of a tower building of
2、 okay commercial plaza in WuxiFu Xiubing Shen Wei Nanjing Yangtze River Urban Architectural Design Co., Ltd; Abstract： A tower using RC frame core-tube structure, with irregular torsion, partial discontinuity floor and throughout column, belongs to highrise building. Due to the importance of differe
3、nt parts of the structural components, relevant seismic performance objectives were adopted. The SATWE and MIDAS software were used to carry out the elastic response spectra analysis under a small earthquake, then the elastic time history analysis and pushover analysis of structure were also perform
4、ed.Keyword： frame core-tube structure; elastic analysis; time history analysis; elastic-plastic analysis; Received： 2017-08-241 工程概况无锡奥凯商业广场位于锡西惠山站区核心区域, 总用地面积约 2.65 万 m, 建筑总面积约 15.3 万 m。本工程为酒店、办公、商业建筑综合体, 地面以上由 A 塔楼 (办公、公寓、酒店) 、B 塔楼 SO-HO 办公及多层商业裙房三个功能区构成, 三部分由贯穿的商业街连接。建筑效果图见图 1。地下 2 层, 局部 1 层, 基础埋
5、深 9.75 m。两个塔楼与多层商业裙房地面以上均设抗震缝, 分为 A, B, C, D 四个结构单元, 分区见图 2。其中 A 塔楼部分地面以上 39 层, 屋面结构高度 143.60 m, 地上建筑面积约 6 万 m, 标准层层高 3.6 m, 3.7 m, 首层层高 6.0 m, 2 层4 层高 4.2 m, 避难层层高 4.2 m。塔楼 B 区D 区结构单元为常规工程, 本文主要针对 A 塔楼进行抗震性能设计。图 2 结构单元示意图 下载原图图 1 建筑效果图 下载原图本工程设计使用年限 50 年, 抗震设防类别:21.55 标高及以下重点设防类, 21.55 标高以上标准设防类。无锡
6、地区抗震设防烈度为 6 度, 设计基本地震加速度峰值为 0.05g, 建筑场地类别为类, 设计地震分组第一组。50 年重现期基本风压为 0.45 k N/m, 地面粗糙类别为 B 类。因塔楼高宽比大于 4, 风荷载体型系数取 1.4。采用 50 年一遇的基本风压 0.45 k N/m 进行结构水平位移计算, 承载力设计时按基本风压的 1.1 倍采用。2 结构体系结合建筑平面, A 塔楼采用框架核心筒结构体系, 未设加强层。竖向荷载主要由混凝土楼盖传到核心筒及外框架, 再由核心筒、外框架把竖向荷载传到基础。外框架由钢骨混凝土柱 (24 层以上为钢筋混凝土柱) 及钢筋混凝土梁组成, 与核心筒一起形
7、成有效的双重抗侧向力结构。典型层结构平面见图 3。图 3 典型层结构平面图 下载原图本工程平面尺寸为 48.2 m33.2 m, 外框梁高统一为 750 mm, 核心筒墙厚由下至上 650 mm400 mm, 框架柱由下至上 1 4001 000900900。梁板均采用C34 混凝土, 竖向构件从下至上采用 C60C40 混凝土。核心筒剪力墙抗震等级:二级。框架抗震等级:21.55 标高以下, 二级;21.55 标高以上, 三级。3 安评报告根据本工程场地地震安全性评价报告, “安评”与规范的水平地震影响系数、特征周期、水平向地震动峰值、衰减指数对比见表 1。从表 1 中参数可知, “安评”报
8、告的地震影响系数计算值大于抗震规范的计算值, 所以本工程小震按“安评”的地震动参数计算。中震、大震作用下的结构计算分析, 仍按规范提供的地震动参数进行。表 1 安评报告与抗震规范地震动参数比较 下载原表 4 结构超限判别塔楼高度 143.60 m, 小于 150 m, 高度不超限。楼层质量沿高度分布均匀, 竖向构件上下连续, 不存在竖向结构转换, 侧向刚度沿楼高变化均匀, 相邻层受剪承载力无突变, 结构竖向布置规则。塔楼平面为矩形, 长宽比 1.46, 平面不存在狭长、凹凸不规则。由于建筑使用功能的需要, 塔楼裙房 2 层, 4 层的楼板开洞面积大于 30%, 造成楼板局部不连续;而且由于开洞
9、, 有 4 个穿层柱。考虑偶然偏心影响, 在规定水平地震力作用下的最大位移比, Y 向最大值为 1.46 (裙房) 1.2, 属于扭转不规则。综上所述, A 塔楼存在三项不规则, 属于一般不规则的超限高层建筑。5 抗震性能目标的选择针对超限情况, 根据高规超限高层建筑工程抗震设防审查技术要点 (建质2010109 号) , 针对不同部位结构构件的重要程度, 采用相应的抗震性能目标, 如表 2 所示。表 2 抗震设计性能目标 下载原表 6 计算分析6.1 小震计算结构在小震下的弹性分析采用 SATWE 和 MIDAS 两种软件进行结构整体分析, 阻尼比取 0.05, 采用阵型分解反应谱法, 取前
10、 18 阶阵型并考虑偶然偏心。主要计算结果见表 3。表 3 计算分析主要结果 下载原表 从计算结果可以看出, 两个模型的弹性分析结果比较接近, 说明计算结果合理、有效。6.2 弹性时程分析采用 SATWE 软件进行小震弹性时程分析, 以校核阵型分解反应谱法的计算结果。计算分析采用由业主提供的 2 条天然波和 1 条人工波, 分别为 User1 (天然波) , User2 (天然波) , User3 (天然波) , 三条地震波均包括 X, Y 两个方向的输入分量, 次方向峰值加速度按主方向的 85%输入。表 4 弹性时程分析计算结果 下载原表 从表 4 可看出, 每条时程曲线计算得到的结构底部剪
11、力均大于 CQC 法的 65%, 三组时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于 CQC 法计算得到的底部剪力的 80%,弹性时程分析结果满足规范对选波的要求。6.3 中震弹性根据表 2 所提出的抗震性能目标, 在中震作用下, 底部加强区墙、柱中震弹性, 连梁允许屈服, 不发生剪切破坏。由于多遇地震下“安评”的水平地震影响系数最大值为 0.072, 而设防烈度下规范的水平地震影响系数最大值为 0.12, 相差不大, 且中震弹性计算时不考虑地震组合内力调整。计算结果显示结构完全达到预期的抗震性能目标。墙肢约束边缘构件配筋、墙肢水平筋均为构造配筋, 与小震作用下计算结果相当。型钢柱、跃层柱纵筋与小震作用
12、下计算结果相当, 箍筋值小于小震作用下计算结果。6.4 静力弹塑性 (Pushover) 分析为验证结构设计是否满足规范“大震不倒”, 考察 5 层及以下剪力墙、框架柱在大震下的安全性, 采用 PKPM 系列中的 Pushover 程序对塔楼进行静力弹塑性分析。Pushover 分析结果见表 5, 图 4 为 X 向和 Y 向推覆验算曲线。表 5 Pushover 分析结果 下载原表 图 4 推覆曲线 下载原图分析表明:1) 大震作用下, 塔楼最大层间位移角均小于规范限制 1/100, 且有一定富裕度。2) 能力谱曲线比较平滑, 位移与基底剪力呈线性递增;曲线在设定位移范围内未出现下降段, 表
13、明结构抗倒塌能力较好。3) 小震下结构基本处于弹性, 中震下部分连梁出现塑性铰, 大震下部分墙拉裂, 塑性铰都出现在梁上, 满足预期性能目标, 符合结构概念设计的要求。7 抗震加强措施针对工程特点, 施工图阶段时采取下列加强措施:1) 为提高柱子的延性和承载力, 23 层及以下采用钢骨混凝土柱;2) 扩大核心筒剪力墙底部加强部位的范围, 向上延伸至第 5 层 (增加 2 层) ;3) 为提高整个结构的变形能力, 严格控制剪力墙剪压比、框架柱轴压比, 保证剪力墙、框架柱的延性;4) 开大洞层楼板及其相邻层楼板厚度适当增加, 配筋加强。8 结语经上述分析得到以下结论:1) 小震地震下, 整体结构保持弹性, 整体结构完好。采用两个软件进行整体分析, 各项整体指标均控制在规范允许范围内。2) 各类结构构件能满足抗震性能目标的要求。3) 大震地震下, 弹塑性时程分析的最大层间位移角均小于 1/100, 能满足大震不倒的要求。4) 结构的整体稳定性能满足要求。5) 结构方案是可行的, 设计是安全可靠的。本项目已通过主体验收。参考文献1GB 500092001, 建筑结构荷载规范S. 2GB 500112010, 建筑抗震设计规范S. 3JGJ 32010, 高层建筑混凝土结构技术规程S.
