某高位连体结构设计与超限分析

江苏建筑　２０１７年第１期（总第１８ｌ期）　９　某高位连体结构设计与超限分析　杨辉　（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海２０００９２）　［摘　要】　某超限高层建筑具有连体、扭转不规则等特点　通过确定结构整体和关键构件的抗震性能设计指标，并针对结　构的不规则性采取合理的结构布置和有效的构造措施．同时对连接体楼板进行应力分析，对整体结构进行静力弹塑性分析．　结果表明结构具有良好的抗震性能．结构体系安全可靠、　【关键词】　高层建筑；抗震；连体；静力弹塑性分析　［中图分类号】ＴＵ９７３．３　［文献标识码】Ａ　ｆ文章编号】１００５—６２７０（２０１７）Ｏｌ一００１９—０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａ　Ｈｉｇｈ－ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＹＡＮＧ　Ｈ　Ｌｌｉ　（Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｌｙ　Ａｒｅｈｉｔｅｔ’ｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ（ＧｒｏｕＩ））Ｃｏ．，Ｌｔｄ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ｉｒｒｅｇｕｌａｒ　ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｂｕｉｈｔｉｎｇ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｈｉｇｈ－ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｏｒｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｓ　ｏｖｅｒａｌＪ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．　Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｌａｙｏｕｔ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｎｌｅａｓｕｒｅｓ　ａｌ・ｅ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ．Ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｓｌａｂ　ａｎ（１　Ｐｕｓｈｏｖｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｉｔ　ｉＳ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｓｅｉｓｍｉ￣：　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ａｎｔｉ－ｓｅｉｓｍｉｃ；ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｕｓｈｏｖｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　１　工程背景　结构高度３１．９ｍ．采用框架一　力墙结构ｌ　．为Ａ级高度　的高层建筑，建筑层高２．９ｍ　平面形状为规则长矩形．结构　平面外包尺寸为８Ｏｌｌ￣ｌＸｌ６．２ｍ．结构单方向超长．没ｌ道施Ｔ　后浇带　主要柱网足寸为４ｍｘ８Ｉ１１．整个结构１　７层在ｌ３　ｌ７　轴之间无楼板连接．形成了２个相互独立的单体．２个单体　本ｒ程位于南通市．主要功能为人才公寓．地上ｌ】层．　地下Ｉ层，总建筑面积ｌ１０００ｎｌ２。建筑室内外高差０．３ｍ．平　面形状为规则长矩形．采用框架一剪力墙结构．标准层层高　为２．９ｍ．屋顶高度为３１．９ｍ．为高层建筑．建筑效果图如图　１所示　存８层及以上连为一体，形成连体结构、ｌ３　１７轴之间柱距　较大，巾于建筑使用功能的原闵．８层以上在ｌ３　１７轴之间　增加框架柱．第８层为这些框架柱的转换层　采用钢骨梁做　转换梁．与钢骨梁相连的柱采用钢骨柱楼屋盖采用现浇梁　板式　（图２．图３）　图ｌ建筑效果图　２结构设计概述　２．１结构设汁基ｌ术参数　图２　２－８层建筑典型平面图　１　程抗震设防烈度为６度．没计地震分组为第二组．设　计基本地震加速度为０．０５ｇ，特征周期Ｏ．５５　，建筑抗震设防　类圳为丙类．场地土类别为Ⅲ类…　稿日￣１２０１６．０９．１８　【作者简介】畅辉．（］９８４一），同济大学建筑设计研究院（集团）有限公　司，硕士．一级注册结掏工程师。　江苏建筑　２０１７年第１期（总第ｌ８ｌ期）　第８层及屋面层连接部位及相邻一跨楼板加厚至　１５０ｍｍ，第９层～第ｌｌ层连接部位及相邻一跨楼板加厚至　ｌ３０ｒａｍ。　（３）结构转换　图３　８层以上建筑典型平面圈　２．２结构超限情况　针对转换构件，采用延性好、抗震性能好的钢骨柱和钢　骨梁．并将其抗震等级提高一级。同时将其定义为关键构　件．满足既定的抗震性能化设计目标　本项目存在如下３项不规则．无特殊不规则项．属于超　限高层建筑１３１　（１）扭转不规则：考虑偶然偏心的扭转位移比大于ｌ－２　（２）楼板不连续：有效楼板宽度小于５０％　补充静力弹塑性分析（ＰＵＳＨ０ＶＥＲ）．考察结构塑性铰发　展情况，重点考察转换柱处构件塑性铰发展状态．以判别薄　弱部位．借以评价抗震性能，并控制结构最大弹塑性层间位　移角小于ｌ／ｌ００　补充线弹性动力时程分析．考察结构的地震响应．与　（３）构件间断：连体类。　２．３针对超限采取的加强措施　针对上述超限情况，设计分析时考虑双向水平地震作用、　ＣＱＣ法取包络设计　２．４抗震性能化设计目标　依据本Ｔ程建筑规模及超限指标．本工程的整体抗震　性能目标定义为Ｄ级，即在多遇地震、设防烈度地震及预　估的罕遇地震下性能水准分别为ｌ、４…５　３结构整体分析　３．１线弹性分析　偶然偏心以及扭转耦联的影响，分析结果表明各项指标均能　满足现行规范的要求。同时提出以下措施或概念予以加强：　（１）扭转不规则　考虑±５％的偶然偏心水平地震作用的不利影响　控制　规定水平力作用下的最大位移比小于１．４０．并且计及扭转　效应对整体受力的影响。控制地震作用下的结构角部构件　的轴压比及配筋率，保证构件的延性　（２）连体结构　本工程弹性分析采用中国建筑科学研究院编制的　ＳＡＴＷＥ软件（２０１０版）作为主要计算分析软件．以中国建筑　科学研究院编制的ＰＭＳＡＰ软件作为辅助软件进行计算校　核。分析时，采用振型分解反应谱法计算地震作用．考虑了偶　将连接体及与连接体相连的结构构件在连接体高度范　围及下一层的抗震等级提高一级到二级　连接体相连的框架柱在连接体高度范围及其下层．箍　表１　然偏心、双向地震，采用ＣＱＣ法进行振型组合　结构嵌同端　小震下计算结果汇总　注：Ｒａｔｉｏ２指本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度９Ｏ％、１ｌ０％或者１５０％￣６值，ＩｌＯ％指当本层层高大于相邻上层层高１．５蓓日寸　１５０％指嵌圃层【　江苏建筑　２０１７年第１期（总第１８Ｉ期）　２　位于地下室顶板处　２种软件的主要计算结果汇总见表ｌ　从表ｌ巾可以看　结构的各项指标均能满足规范限值　的要求．同时ＳＡＴＷＥ与ＰＭＳＡＰ的各项计算结果较为接　近．说明汁算结果合理有效　３．２弹性时程分析　和中震下，楼板的第一主托应力均小于混凝土抗托强度．保　证了楼板在小震和中震下不｝｝Ｉ现裂缝　表３　地震作用下楼板拉应力计算值（Ｎ／ｍｍ　）　在地震波选用中．综合弩虑了场地类别、数量、频谱特　性、有效峰值、持续时间、统计特性、震源机制以及Ｔ程判断　等要求．最终选｝１ｊ了２条天然波（ＴＨ２ＴＧ０５５波和　ＴＨ４ＴＧ０５５波）和ｌ条人Ｔ波（ＲＨ４ＴＧ０６５波）时程分析　反应谱分析的对比结果见表２　■　Ｉ■　ｌｔ＾　．通过分析３条时程曲线．表明结构在此３条ｆｆ｝ｆ线的动　力时程作片ｊ下能保持弹性．各项指标均能满足规范设计要　求．部分楼层时程分析的楼层剪力包络值大于反应谱法得　～坩巾　到的楼层剪力．设计中将上述楼层的地震作用乘以放大系　数。时程地震波作ｊＨ下结构响应与设计反应谱作用下类似．．　３－３构件性能化没计　５静力弹塑性（Ｐｕｓｈｏｖｅｒ）￣析　静力弹塑性分析ｆＰｕｓｈｏｖｅｒ）采用ＥＰＤＡ／ＰＵＳＨ软件　ＰＵＳＨ的加载过程分２步．先施加竖向静力荷载．得到结构　构件验算的原则为“小震不坏．巾震可修．大震不倒”…　在竖向力作ＨＩ下的初始状态．然后在该初始状态的基础上　施加侧推静力荷载．直到满足停机控制条件　计算分析时．　不考虑Ｐ—Ａ效应．考虑粱柱交接刚域的影响．构件配筋直　按照“小震不坏”的原则．对小震作用下的构件按照弹性设　计原则．控制构件的正截面、斜截面承载力验算　按照“中震　可修”的原则．对巾震作用下关键构件的承载力进行复核　（中震作用下进行剪力墙墙肢和框架柱偏压、偏托承载力验　算．剪力墙受剪承载力验算）．确定其是否达到设定的性能　目标　、按照“大震不倒”的原则．对大震作用下剪力墙和框架　接凄取ＳＡＴＷＥ汁算配筋数值．材料强度选用标准值　０【　＝０．２８，特征周期　＝０．６０ｓ，结构阻尼比∈＝７％　．在倒　＿二角彤荷载作用下，结构Ｘ向顶点位移为７５．９ｒａｍ．层问位　移角为１／３６１．Ｙ向顶点位移为７９．５ｍｍ．层问位移角为ｌ，　３９１。罔４。图５分别为大震作用下结构Ｘ．Ｙ方向抗倒塌验　算结果。　柱进行剪压比验算。采用ＳＡＴＷＥ计算结果．对所有主要构　件（框架柱、剪力墙），提取内力并组合所有丁况．号察抗震性　能目标的满足情况　天键构件包含转换梁、转换柱、转换梁扩ｍ一跨框柱　等．　．为实现性能目标．＿芙键构件应能满足多遇地震下正截　，　－＿　●　－●Ｉ　ｆ　／　，　／　面、斜截面保持弹性，没防烈度地震作用正截面、斜截面满　足矧服承载力设计要求．预估的罕遇地震作用下斜截面的　　＿，　｝　，　／　ｒ－　●剪　比小于Ｏ．Ｊ５　经汁萌：分析．结果表明所有构件满足性能目标要求　４楼板应力分析　一　＿　ｌ—，　——　ｌ　一　小Ｔ程将连接体及与连接体相连・跨的楼板加厚至　ｌ５０ｒａｍ（连体顶层和转换层）和ｌ３０ｍｍ（连体巾间层），蚪进行　●●●■■・■■　－＾■恤■，●■　‘■■－　ｔ●　Ｊ，ｉ　Ｉ■●‘　■，＾■垃＾　■Ⅵ■　■●－时　±　‘■ｔｔ－＿’■ｈ１．口ｅ。口●■‘■●●｜－ａ口　■　●・■●■，●■■■－　‘’，‘・　’】Ｉ＇．，‘＿＿■…■●＾●－●●ｔ　ｈ　．　■■●■’●■－■●・■＾■■●●●ｔ　●　■＾　＇＾，ｔ　・　，●１　．１　楼板受剪戡面ｆ１】承载力验算　将连体及相连一跨楼板定义　为弹性板，利川ＰＭＳＡＰ进行小震（多遇地震）下、ｒｆ１震（设防　，■．Ｉ　●’ｔ●●■’●●‘＾　●■　●１什Ｄｏ５ｉ’“１ｏ　０　图４大震作用下Ｘ方向结构抗倒塌　地震）下偻扳应乃分析　从分析结果表３可以看ｆｎ．存小震　（下转第２６页）　２６　小变　江苏缱筑　以防Ｉ卜翘　变肜ｆ１ｌ畸变　２０１７年第１期ｆ总第１８１期）　５结语　（２）伞桥设双支座。，｛　增大梁端双支鹰间距，柯利于抵　Ｔ　ｄ■●　｝●　ｒ●　●　●●●．．　ｆ　本文研究ｒ简载作ＪＨ位　对ｌ“１线钢箱粱剪力滞的影　响　旗　现行的理沦．利川伽辽金数值解法．柞导Ｈ｛＿『ｌＩ｝Ｉ线　刑聿ｆｊ梁　Ｊ滞系数的汁　公　．为１　程实例的模拟分析提　｝ｆ［卡ｊｉ矩．他支　反力蜓　均衡　幅　巾　～　一～～一　（３）　整支座预偏心，改善扭矩分　．使结卡句更加稳定　参考文献　供ｒ邪沦依　．Ｉｈ模拟得ｌ叶Ｉ以下结沦：　（１）尤沦　０月ｌ５种加裁位置下．剪　滞系数的横向分　总　足往ｌ飙ｊ蠼缘处变化较为平绥．其它部分波动较大．剪力滞系　数价　ｌ　Ｆ反复浮动．不断在经历苕“正剪力滞”和“位　Ｉ１ｌ张士铎，邓小华，王文洲．．箱形薄壁梁剪力滞效应【Ｍ】．人　民交通出版社．１９９８．　Ｉ２Ｉ肖敏，李新平连续曲线箱梁剪力滞效应分析ＩＪＩ．中外公　路，２（）（）４，２４（４）：６１＿６５　，Ｊ滞”　象的　换　数俩变化较大且不规律　而血线箱　力滞系数变化　分网滑．规律儿具有对称性　（２）　衙找化　对大部分截而　力滞影响较小．Ｉｎｉ埘　ｌ３Ｉ李长风，杜文学Ｉ由线箱梁剪力滞效应及其影响因素Ｕ１．　黑龙江科技学院学报，２０Ｏ８（２）．　Ｉ４Ｉ何广宇箱梁剪力滞效应的研究与影响因素分析【Ｄ１．南　京：南京水利科学研究院．！（）（　Ｉ５＿　Ｉ５１彭大文，颜海．曲线箱粱剪力滞系数实用计算法【Ｊ】．福州　大学学报，　ＩｌＩ）１，　９（６）．　ｌｆｌ　ｎＩＪ两史座附近敲面的　ＪＪ滞影响较大　加裁的纵向似　离ｔ　ＪＪ支晦附近械面越远．对其　Ｊ滞的影响就越大．［Ｌ　『ＪＩ】拔的僦向他　越靠近　侧，对其剪力滞的影响就越夫、　Ｊ　ｑ－这　ｆ　沦的原　仪　Ｉ　程实例的支撑彤　Ｊ　１　ｒ１ｌ崔苗，杜文风．ＡＮＳＹＳ的ＡＴ　Ｉ）Ｌ参数化建模Ⅲ微计算　机应用．！（…６，２７（５）．　造仃欠．还‘ｊｉｌｌｌ线钢箱　侨复杂的受力特点密切村｛　父　Ｉ１：　桥受　、　”作用，而巧粱ｆ１Ｉ１线桥处１＝：“弯、　、　”　Ｉ７ｌ公路桥涵设计通用规范：ＪＴＧ　Ｄ６０一　（）１　ｆｓＪ北京：人民　交通出版社．！（１１ｊ．　的　介受力状念．简载位　变化产生的扭矩对剪力滞产，ｆ　Ｊ　较人的影响所以设汁ｌＩ｛Ｉ线钢箱梁侨时．为ｒ减小　影“向．¨丁以果川下列｝７｝施：　（Ｉ）采』｝Ｊ机　…度大的箱型　．　内设置有效的横　扳　的　卢海林，朱松波，周小龙，乾超邦，万崇勇．不同荷载作用　下直线箱梁剪力滞效应分析　ＵＪ武汉工程大学学报，　！（）１４．３６（１２）．　（上接第２１页）　６结语　一ｌ　椰化于６度Ｉ）（，结构高度较低．存存连体、扭转等　●　－　。Ｉ１　ｌ　４１ｍｌｍ　，　不规！Ｊ｛ＩＪ项结构没计ｆＩｌｆ．连体部位根据卡Ｈ关规范采取加强措　施，转换部ｆ赶采取钢骨梁钢骨柱　根据性能化设计思想．确　／　ｒ　，　定ｒ连体卡ＩＩ父部位符＿天键构件的抗震性能目标．并按性能　没汁的‘要求埘行类中句件分刖进仃小震、ｒｌ｝ｌ震、大震情况下的　，　岭骑：　弹性Ｉ１ｌ『　分折衷叫时秤地震波作川下结构Ⅱ向应Ｌｊ设　汁反应谱作川下接近　楼板应力分析结果表明．连接楼板满　足多趟及没防地　作川ｔ下不开裂的要求　静力弹塑性分析　ＩＰｕｓｈｔｗ　，１结果表【ＩＪＪ．　遇地　结卡勾变形满足规范有关要　ｆ　ｆ　，＿　Ｊ　～　ＪＩ　，　，ｌ　——　■。■佴■ｄＥ■　●■ｒ　ｈｌ　求．结构达到　遇地震作川Ｆ抗倒塌性能日怀　－…口口孵　－■＾■■　●●●／３　●＿■　●－＾‘－●袁・　‘●＿—－＿■＿一・・ｑ＿　ｔ■　嘬●ｌ＾■■　■●■●■擅…■—‘　－ｊ　“　ｏ’帅　■ｔ・■　●■　●●一　Ｈ　●●　■＇●ｔ　【＇１．　嘲＇　●■＾　栅参考文献　Ｉ１ｌ中华人民共和国住房和城乡建设部建筑抗震设计规　■■●＾＿ｎ■＾■●ｒ１　＿、●如）　●ｎｌ　●　Ｈ々　１，，’■，■●・■●■－ｒ一１．　，　ｏ¨Ｏ－Ｏ１ｎ－Ａ０　●■■■■●’ｔ●●　图５　大震作用下Ｙ方向结构抗倒塌　范：（；Ｉｊ　５｛ｌＩｌｌ１一！Ｉ¨ＩｌｌＳ１．北京：中国建筑工业出版社，！（１１０　ｆ　１中华人民共和国住房和城乡建设部构技术规程：Ｊ（　３－　（）１ｌＪ　２（｝】（）．　从Ｉ　Ｊ｝ｆｌ：　分　『Ｉ］’Ｌ－』行…．大　作川　．　、　，Ｊ…　高层建筑混凝土结　北京：中国建筑２ｒ－业出版社，　ｒＩ　能，ｔ　处　ｉ构能ｌ』Ｊｌ｝ｆ１线ｆＪ５仃Ｉ　的趋势．火键卡勾件均未　Ｉ：　ｒ¨　．　ｆ｝１尚术…铰．少　连梁…铰．　，Ｊ墒｝｝Ｊ铰较　吕西林超限高层建筑．３－程抗震设计指南ＩＭ１．：版上　海：同济大学出版社．：ｆ）ｌ１９．　多．』。０酃９　Ｊ埔…脱整体　Ⅲ正．　，Ｊ惴起到第・道防线的Ｊ＿ＪＪ　能从结ｆ｛ＪＩ嫩ｉｌ－体水行．弹　一ｒ¨　移未超过规范限值ｌ／１Ｏ０．能　够满足久震下“大　４　倒”的性能受求　Ｉ４ｌ刘文燕．某楼板薄弱连接的塔楼结构设计…．结构工程　师，！【１ｌ５，３１（５）：ｌ一５．