武汉水岸星城超高层结构抗震性能化设计

武汉水岸星城超高层结构抗震性能化设计

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工程概况

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２、工程地震动参数选取

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第二十届全国高层建筑结构学术会议论文２００８年

３、结构抗震性能化设计思路和计算假定

基于结构性能的抗震设计，是结构抗震设计的一个重要发展趋势，它的特点是：对结构设计给出量化的具体指标，计算判断结构是否能满足小震、中震、大震下结构变形、受力性能等的要求，并评估结构。目前，由于性能化设计还有一些问题Ｂ１有待深入研究，在工程中还未得到广泛应用。且结构性能化设计主要还是针对结构的整体性能，对结构构件承载力则很少采用性能设计来控制。

目前抗震性能化设计大都采用弹塑性计算方法，即静力弹塑性分析（ｐｕｓｈｏｖｅｒ）和动力弹塑性时程分析，两种方法均在一定程度上反映了结构的弹塑性，但ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法更多的是通过单一加载方式得到的基底剪力、顶点位移来反映结构的抗震性能：动力时程分析反映了结构在某一单一时程数据的动力效应，难以覆盖整个建筑物生命历程中可能发生的地震效应。两种计算方法还停留在对结构进行校核阶段，其分析结果的可信度取决于多种因素，前者主要取决于加载方式，后者主要取决于地震波的合理性，难以真正用于结构的承载力设计。

本工程地处６度抗震设防区域，地震作用较小，计算分析结果表明，大震作用下主体结构基本处于弹性，少部分连梁屈服。结构在小、中、大震作用下性能化设计，采用线弹性计算方法是基本可行的。相应结构构件承载能力的控制标准见下文。

为了实现本工程的抗震性能目标，首先要设法将抗震性能用具体的指标加以描述，并将性能目标进行量化，再选择合适的设计参数作为结构分析和设计的控制参数，建立设计参数与抗震性能目标之间的对应关系，从而通过控制设计参数使结构能达到规定的性能目标。

结构抗震性能化目标

结合我国抗震规范目标性能：小震不坏、中震可修、大震不倒，本工程具体采用的抗震性能目标如

下：

构件截面抗震验算：

ｙＧＳＧ＋’，Ｅ＆＋ｙ矿ｙ矿Ｓ矽≤二ｙ慈

Ｐ

（１）

式中：ｙＧ、ｙＥ分别为重力荷载、地震、风作用分项系数

＆、＆分别为重力荷载、地震、风作用标准值效应

Ｒ构件承载力设计值

ｙ矿风荷载组合系数

’，。Ｆ承载力抗震调整系数

针对不同水准的地震作用采用不同的的性能目标，式（１）中各参数取值如下：

保持弹性：作用分项系数取规范规定值，材料取规范规定设计强度，考虑风组合系数Ｉｆ，矽＝Ｏ．２，考

虑抗震等级对应的剪力墙底部加强区剪力调整，考虑承载力抗震调整系数

ｙ觚＝Ｏ．７５～Ｏ．８５

不屈服：作用分项系数及承载力抗震调整系数ｙＲＥ均取１，材料取标准强度，不考虑风组合作用，

不考虑内力调整。

进入屈服基本弹性：作用分项系数及承载力抗震调整系数ｙＲＥ均取１，不考虑风组合作用，不考虑

内力调整，材料取动力强度，参考《人民防空地下室设计规范》（ＧＢ５００３８—２００５）混凝土、钢筋的材料强度取标准强度提高１．１５。

本工程结构抗震性能目标见下表

表２抗震性能目标

地震烈度水准整体结构性能

层间位移

小震

１／１２００

中震

ｌ／４００

大震

１／２００

（规范ｌ／ｌＯＯＯ）（规范１／３５０）

（规范ｌ／１２０）

－６８１．

第二十届全国高层建筑结构学术会议论文２００８年

竖向构件

满足规范设计要求

连梁

构件性能

框架梁木

满足规范设计要求

保持弹性满足规范设计要求

保持弹性

楼板

满足规范设计要求

保持弹性

保持弹性

不屈服大部分保持弹性少量进入屈服基本弹性个别构件进入屈服基本弹性

大部分保持弹性少量进入屈服基本弹性

少量进入屈服基本弹性

大部分进入屈服基本弹性

部分进入屈服基本弹性

大部分保持弹性部分进入屈服基本弹性

注：埘旨跨度大、重力荷载效应为主的梁抗震性能化设计采用以下计算模型：

计算模型一材料用设计强度（完全弹性）

考虑小震作用：验算轴压比、剪压比并计算配筋及规格化配筋。计算模型二材料用标准强度（不屈服）

考虑中震作用：复核调整构件截面，调整截面配筋计算模型三材料用动力强度（基本弹性）

考虑大震作用：竖向构件延性控制；复核调整构件截面，调整截面配筋。

不规则超限高层结构中，竖向构件的抗震性能直接影响到整体结构的抗震性能。竖向构件具有适宜的延性，避免脆性剪切和压屈破坏，是大震不倒的一项重要根本性措施。故本工程抗震设计除了用上述性能目标控制外，还增加以下大震作用下竖向构件延性控制指标Ｈ。。

大震下竖向构件延性控制条件——大偏心受压

控制大震组合效应竖向构件处于大偏压状态，避免小偏压脆性破坏：

善＝（ⅣＧ＋Ｍ・卢吴）／１．１５厶彳≤专６

式中：

（２）

Ⅳ疗重力荷载作用下轴力标准值；ⅣＥ小震作用下轴力标准值；卢姿大震作用效应增大系数；髻６大小偏压分界值（考６≈ｏ．５）；厶混凝土材料受压标准强度Ａ竖向构件截面面积。

竖向构件延性控制条件二：强剪弱弯

控制大震组合效应下竖向构件斜截面极限承载能力的安全度高于其正截面偏心受压极限承载能力的安全度，避免脆性剪力破坏。

大震作用下竖向构件极限承载能力要求满足下列公式：

Ｍ。≥Ⅳ大缺

Ｖｕ≥Ｖ大

同时应满足截面限制条件：

（３）（４）

呋≤ｏ．２５工６办ｏ

Ⅳ大大震效应组合轴力Ｐ＋大震效应组合偏心距

（５）

式中＾ｔ．竖向构件大偏心受压状态下按材料标准强度得到的正截面极限承载能力

矿．竖向构件大偏心受压状态下按材料标准强度得到的斜截面极限受剪承载能力ｙ大大震效应组合剪力，

ｆ混凝土抗压设计强度

６‰竖向构件有效受剪面积；ｈ竖向构件截面高度，

竖向构件强剪弱弯，其斜截面极限承载能力的安全度控制满足下式要求：

屹／ｙ，大≥１．２肘ｕ／Ⅳ大ｅ大

．６８２．

（６）

第二十届全国高层建筑结构学术会议论文２００８年

５主要计算分析结果

本工程剪力墙抗震等级一级，轴压比控制在０．５以下，小震作用下绝大部分剪力墙端部所需纵向钢筋面积不大，除顶部几片短墙肢外基本可以由构造配筋控制；计算模型一，小震作用下，只有部分楼层

８００衄长小墙肢剪压比大于Ｏ．０７，最大值达０．０９６，绝大部分剪力墙只需构造配置水平筋；计算模型二，

中震作用下大部分剪力墙端部所需纵向钢筋面积不大，基本可以由构造配筋控制，其中个别墙端柱（８００ｘ７００）需计算配筋，配筋率最大值为０．６４％；计算模型三，大震作用下剪力墙配筋有所增大，端部所需纵向钢筋最大配筋率达１．７９％，但大部分剪力墙仍为构造配筋。墙配筋主要计算结果见表３。综合三种计算模型计算分析结果，大部分墙构造配筋提高２０％，少量计算配筋按大震基本弹性计算结果取值。

经计算复核，大震组合作用下剪力墙均处于大偏压状态，同时均满足强剪弱弯，具有较好的延性。

表３构件承载力主要计算结果

层数

构件竖向构件

ｌ～２层

连粱框架梁竖向构件

小震轴压比最大Ｏ．４０

构造配筋剪压比最大０．１４配筋率：０．２５￣ｏ．６７％；配箍率：０．２４＾扣．８％配筋率：Ｏ．３￣ｏ．６％轴压比最大０．４７

构造配筋剪压比最大Ｏ．１３

３～１０层

连梁

配筋率Ｏ．３￣ｏ．９％。

个别１．２％

中震构造配筋

大震

大部分构造配筋，少量需计算配筋

设计配筋构造配筋提高２０％；计算配筋按大震基本

弹性取值配筋率Ｏ．４￣１．０％

配筋率：Ｏ．３￣０．７‰

配箍率：Ｏ．４￣１．２％配筋率：Ｏ．３￣ｏ．６％

构造配筋

配筋率：Ｏ．钆１．２‰

个别２％配箍率：Ｏ．４￣１．４％配筋率：Ｏ．３￣ｏ．８％大部分构造配筋，少量需计算配筋

配箍率：０．乒１．５％

配筋率０．３￣０．６％构造配筋提高２０％；计算配筋按大震基本

弹性取值

配筋率：０．３￣１．１％，

个别１．４％

配筋率：Ｏ．缸１．４‰

个别２．４％

配筋率０．轧１．４％

配箍率：０．６￣１．５％

配箍率：Ｏ．和１．０％

框架粱竖向构件

１１～３０

配箍率：０．和１．４％配箍率：０．Ｄ１．８％

配筋率：Ｏ．４￣ｏ．８％，

个别Ｏ．９％大部分构造配筋，少量需计算配筋

配筋率：０．５￣０．９％，

个别１．４％大部分构造配筋，少量需计算配筋配筋率Ｏ．８～１．５２％

个别２．４％

配筋率：Ｏ．４￣０．７％，

个别Ｏ．９％轴压比最大Ｏ．４７

构造配筋剪压比最大０．１３

配筋率Ｏ．４￣１．Ｏ％构造配筋提高２０％；计算配筋按大震基

本弹性取值

层

连梁

配筋率：Ｏ．４￣ｏ．７％，

少量ｌ～１．２％

配筋率Ｏ．如１．２％，

个别１．５％配箍率：０．扣１．４％配筋率：０．∞扣ｌ％大部分构造配筋，少量需计算配筋配筋率Ｏ．舡Ｏ．９％，

个别１．４％

配箍率：Ｏ．和１．Ｏ％

框架梁竖向构件

３１—４５

配箍率：Ｏ．缸１．８％

配筋Ｏ．４％一１．１％大部分构造配筋，少量需计算配筋配筋率：ｏ．９也％，

个别２．４％

配筋率０．和１．Ｏ％配箍率：Ｏ．“１．５％

配筋率０．４￣１．％构造配筋提高２０％；计算配筋按大震基

本弹性取值配筋率０．４￣１．２％

配筋率：Ｏ．４・络∞．８％轴压比最大Ｏ．４１基本构造配筋剪压比最大Ｏ．１配筋率：０．４￣ｏ．６％，

少量０．７～１％配箍率：Ｏ．４＾０．９％配筋率：Ｏ．４＾０．８％轴压比最大０．２６基本构造配筋剪压比最大：Ｏ．１配筋率：Ｏ．４￣０．７％，配筋率：０．４￣１．２％配筋率：０．４～１．０％配箍率：０．４￣１．２％

层

连梁

配箍率：Ｏ．和１．３％配筋率：Ｏ．和１．Ｏ％

大部分构造配筋，少量需计算配筋配筋率Ｏ．４￣ｏ．９％，

个别１．４％

配箍率：Ｏ．扯１．７％配筋率：Ｏ．和１．２％

大部分构造配筋，少量需计算配筋配筋率：Ｏ．４￣１．８％配筋率Ｏ．４￣１．４％

配箍率：Ｏ．扣１．５％配筋率：Ｏ．和１．２％

构造配筋提高２０％：计算配筋按大震基本弹性取值配筋率０．４￣１．４％

框架梁竖向构件连梁框架梁

跨高比≤２．５的部分高连梁

４Ｄ屋

面

配筋率：Ｏ．钆１．２％

配筋率：０．５￣１．５％

配筋率Ｏ．和１．２％

配筋率：０．５～１．５％

配箍率：Ｏ．以１．６％

配筋率：Ｏ．乒１．８％配箍率：Ｏ．∞２．Ｏ％

配箍率：０．争１．８％

第二十届全国高层建筑结构学术会议论文２００８年

由表３可以看出，对于以承担重力荷载为主的框架梁，大震作用下配筋增大不多，小震组合作用下规格化设计配筋基本满足要求；对于连梁，中大震作用下梁配筋比小震组合作用下配筋增大相对较多，尤其是中上部连梁，增幅达３０～２００％，仍未达到超筋。对于跨高比小于２．５的高连梁，大震作用下箍筋增幅较大，仍可满足剪压比要求。

震害分析与研究表明，由于整浇楼板的存在，水平构件与整浇楼板～起实际抵抗地震作用承载能力有较大储备。大震作用下水平构件屈服，有利于实现结构延性目标，因此，本工程连梁正截面设计配筋时，按大震作用下考虑连梁刚度折减等适当降低，承载能力满足小震、中震作用组合效应要求。连梁斜截面设计时，部分高连梁，适当加强配箍，满足大震作用效应要求。

６结论

本工程处６度设防地区，地震力较小，结构布置、配筋大都由重力荷载工况及构造措施控制，大震作用下结构能基本保持弹性状态，小、中、大震均采用线弹性计算模型是可行的，中、大震作用下针对不同构件采用不同的性能目标有效地找到了结构抗震不利部位，针对受力较大的竖向构件和高连梁，配筋、配箍适当加强，顺利通过了湖北省抗震超限审查。

本工程结构抗震性能化设计采用了线弹性计算分析方法，为抗震设防６度区超限高层抗震性能化设计提供参考。

参考文献

【ｌ】高层建筑混凝土结构技术规程（ＪＧＪ３—２００２）．北京：中国建筑工业出版社．２００２【２】建筑抗震设计规范（ＧＢ５００１１－２００１）．北京：中国建筑工业出版社．２００１【３】徐培福，傅学怡等．复杂高层建筑结构设计．建筑工业出版社，２００５【４】傅学怡．整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究．建筑结构２００５．５

＿６８４—

武汉水岸星城超高层结构抗震性能化设计

作者：作者单位：

吴兵， 孟美莉， 傅学怡深圳大学建筑设计研究院,618060

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设置在一定高度处的连体相连而组成的建筑物。由于连体的存在，使得原来彼此独立的各单体结构分别变成了一个系统中的一部分，其静力特性、受力机理等与单体结构相比均发生了变化，值得进一步研究。连体结构的研究对该类结构形式今后的发展具有重要的理论意义。 首先，针对“东方之门”的工程特点对其进行了弹性阶段的静力分析。考虑连体的位置、层数、连体的刚度等因素进行了整体参数分析。 其次，对“东方之门”进行了静力弹塑性pushover分析。首先介绍了pushover方法的基本原理和应用范围，详细叙述了能力谱方法的基本理论及实现手段。对于本工程，本文进行了两个方向的静力弹塑性分析，得到结构在多遇及罕遇地震下的性能点、结构的倒塌机制。在此基础上，结合我国规范，给出了本结构的抗震性能水准。 最后，本文在上述分析的基础上得出了一系列针对本工程的结论及一些针对门式高层结构具有一定普遍意义的结论。这些结论对本工程的设计具有指导意义，对类似结构的分析具有一定的参考价值。

10.学位论文 张俊辉 型钢混凝土组合结构体系在超高层建筑的设计应用 2005

本文论述了天成大厦采用型钢混凝土组合结构体系的设计思路及细节处理过程，包括两大部分，第一部分是介绍采用型钢混凝土组合结构体系的原因，第二部分是介绍如何运用型钢混凝土组合结构体系。在确定结构体系时，从建筑方案入手，明确建筑师对结构专业的技术要求，先采用传统的钢筋混凝土结构体系进行初步设计，发现在使用功能及美观方面有不能满足之处。然后，采用型钢混凝土组合结构体系进行初步设计，结果证明，该体系不仅能符合建筑专业的要求，而且能大幅改善结构的抗震性能。将两种结构体系进行分析和对比，通过对两者优缺点的比较，从而明确采用型钢混凝土结构体系的优越性。当结构体系确定后，对设计内容进行深化，包括明确材料要求、结构整体计算、构件承载力验算、构件的连接与构造处理、对可能出现的问题进行预计并提出解决方案等，主要从以下几个方面进行： 1)分别采用钢筋混凝土和型钢混凝土结构体系进行计算，采用PKPM软件进行有限元分析和弹性时程动力分析，比较两者在竖向荷载作用下的构件截面尺寸，以及两者的周期、位移、剪重比等动力特性，为进一步了解两种结构体系在罕遇地震作用下的安全储备，还采用EPDA程序进行了弹塑性动力时程分析； 2)为了更全面地认识型钢混凝土组合结构体系的特性，将其与钢筋混凝土结构体系在经济效益、结构性能、施工难度和功能使用等方面进行对比，对该体系的采用提供充分依据； 3)进行施工图设计时，必须了解型钢混凝土结构体系的结构特征才能选用合适的材料，并根据基本计算原理结合构造方法进行构件设计，构件连接方式是该体系的一个重点；

4)对施工过程中可能出现的难点提出解决方案。 型钢混凝土组合结构体系能够有效缩小结构构件的截面，提供更大的使用空间，同时能大幅提高结构的抗震延性，在地震作用下更有效地保障人民的生命安全，是一种值得推广的结构形式。 文章结合了国家规范的相关要求、名家著作的经验指导和本人的心得体会，形成了一套适用于实际工程的设计方法，为今后的工作提供参考和借鉴。

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6811324.aspx

下载时间：2009年12月8日