超限高层建筑抗震设计

摘 要：介绍了广州琶洲香格里拉大酒店的抗震设计，酒店基础采用嵌岩桩，楼盖为现浇混凝土结构。
　　关键词：混凝土结构；超限抗震
　　
　　1 基本情况
　　
　　广州琶洲香格里拉酒店项目位于广州市海珠区，广州国际会议展览中心东侧，在建的黄洲大桥西侧，北临珠江，南靠新港东路，长约240米，宽约200米。整个项目包括一座37层的酒店（塔楼高32层，裙楼5层）和宴会大厅，以及2层地下车库。
　　
　　2 抗震设防标准
　　
　　（1）抗震设防烈度：7度。
　　（2）本工程属丙类建筑，按本地区设防烈度采取抗震措施。
　　
　　3 基本数据
　　
　　（1）场地类别：Ⅱ类。
　　（2）土层等效剪切波速为168.4m/s-173.8m/s，场地覆盖层厚度约13.5m-17.4m，砂土液化等级综合评定为严重，属于抗震不利地段。
　　（3）持力层名称：微风化岩层，埋深约10.90m-23.70m，地基承载力特征值fak=4500KPa，岩石天然湿度下单轴抗压强度的标准值fr=13.5Mpa。
　　（4）桩型为冲孔/钻孔灌注桩，桩端埋深约15-20m。
　　
　　4 建筑结构布置和选型
　　
　　（1） 主楼高度（±0.00以上）140.7m，地面以上结构层为38层，其中出屋面一层，高度为4.7m。
　　（2） 裙房高度（±0.00以上）29.0m，地面以上结构层为4层。
　　（3） 塔楼主体部分、裙楼和宴会厅之间设两道110mm宽抗震缝分开。建筑物总高度为136.0m，总平面尺寸为195m×122m。其中塔楼部分（转换层以上）平面尺寸为72米×18米，长宽比L/B＝4&<［6］，高宽比H/B＝6.0&<［7］；裙楼部分平面尺寸110m×45m，长宽比L/B=2.4，高宽比H/B=0.5；宴会大厅平面尺寸65m×53m，长宽比L/B＝1.2，高宽比H/B=0.3。
　　（4） 塔楼质心有微小的向上偏心（以底端为原点）。
　　（5） 结构形式简单、平面形状规则、布置均匀；结构层第5层为转换层，竖向构件布置不连续。
　　（6） 本工程为现浇钢筋混凝土结构，楼盖整体性好。
　　（7） 结构类型：框架—剪力墙结构，属于复杂类型。
　　（8）抗震等级：本工程塔楼的框架和核心筒为一级抗震。由于地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，地下一层的抗震等级与上部结构相同。其余部分裙楼及其地下一层与主楼相连，一级抗震。
　　（9） 结构概况：
　　整个大楼的设计采用框架—剪力墙结构形式，分为两级结构，转换层以下布置了21根巨型框支柱，剪力墙及外围承重柱均落地直至基础，由剪力墙、外围的框架柱和框架梁形成第一级结构，承受水平力和竖向荷载，而楼面及次梁作为第二级结构，只承受竖向荷载并传递到第一级结构上。 转贴于 　　5 结构分析主要结果
　　
　　（1）计算软件：PKPM系列结构分析软件SATWE模块（2002规范版本） 中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制。
　　（2）楼层自由度为3（刚性楼板）。
　　（3）周期调整系数：0.8。
　　（4）主楼结构总重：2291152.81 KN （SATWE）。
　　（5）基底地震总剪力：32581 KN（X向）36421 KN（Y向）（SATWE）。
　　（6）扭转位移比：1.3。
　　（7）转换层的上下刚度比：0.6027。
　　（8）最大轴压比：n=0.85。
　　（9）最大层位移角为1/941，在17层（SATWE）。
　　（10）时程分析采用人工模拟的加速度时程曲线，选用了两组实测波和一组场地人工波进行弹性动力时程分析。弹性阶段的时程分析，构件内力，侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。
　　
　　6 计算结果小结（与规范要求对比）：
　　
　　（1）在风荷载及地震作用下各构件的强度和变形均满足有关规范的要求。
　　（2）墙、柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》和《高规》的要求，转换层以上柱子轴压比小于［0.85］，框支柱轴压比小于［0.6］。
　　（3）按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δμ/h =1/941满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.6.3条要求的1/800。
　　（4）塔楼满足（JGJ3-2002）关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比最大值为0.729，不大于0.85的规定。
　　（5）塔楼满足（GB50011-2001）第3.4.2条关于复杂高层建筑各楼层的最大层间位移不应大于该楼层两端层间位移平均值的1.4倍的规定。
　　（6）除转换层外，塔楼各层均满足（GB50011-2001）第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%，并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定。
　　（7）塔楼满足（JGJ3-2002）第E.0.2条关于转换层上部结构与下部结构的等效侧向刚度不应大于 1.3 的规定。
　　（8）除转换层外，塔楼各层均满足（JGJ3-2002）第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80% 的规定。
　　（9）塔楼满足（JGJ3-2002）第5.4.4条关于结构稳定性的规定。
　　（10）塔楼满足（JGJ3-2002）第3.3.13条关于各楼层对应于地震作用标准值的楼层水平地震剪力系数不小于表3.3.13的规定。
　　（11）塔楼满足（JGJ3-2002）第3.3.5条关于按时程曲线计算所得的结构底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的规定。
　　（12）结构薄弱层弹塑性层间位移符合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第5.5.5条关于弹塑性层间位移角（1/164）小于1/100的规定。
　　
　　7 其它需要说明的问题
　　
　　本工程在三种超限条件（高度、高宽比、体型规则性）中，高度超限13.3%，高宽比满足规范及规程的有关要求，结构平面形状规则，竖向不规则。
　　主要超限抗震措施包括：
　　（1）为避免大楼整体结构之间形状的不规则，引起不利于抗震的情况，在主楼和裙楼之间设置110mm宽抗震缝两道，缝的两侧设置双柱，地下室、基础不用设缝。
　　（2）转换层位于第5层，框架柱和剪力墙的抗震等级根据《高规》表4.8.2和表4.8.3 规定提高一级，为特一级。
　　（3）首层、设备夹层、避难层、屋面层楼板加强，板厚为180mm，中央核心筒板厚加强为150mm，配筋相应加强，设双向双层钢筋网。
　　（4）薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数，按照《建筑抗震设计规范》进行弹塑性变形分析和验算，并采取有效的抗震构造措施。
　　（5）用时程分析法进行动力时程分析，其平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响曲线在统计意义上相符。弹性阶段的时程分析，构件内力，侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。
　　（6）本工程桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分）在1.5m以上，符合全部消除地基液化沉陷的要求。液化土中桩的配筋范围，应自桩顶至液化深度以下符合全部消除液化沉限所要求的深度，其纵向钢筋应与桩顶部相同，箍筋应加密。处于液化土中的桩基承台周围，用非液化土填筑夯实。