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南海地铁金融城为广佛线金融高新区站上盖物业,与金融高新区站合建,总建筑面积36万m2。其中住宅部分包括4栋41层高层建筑,建筑面积89000m2(转换层以上,不含下部商业)。地下3层,深11.5m,为停车场,地上41层,高137m,1至4层为商业,5层为架空层,6至41层为住宅,转换层设在第5层。本工程设计使用年限为50年,抗震设防烈度为7度,丙类建筑。属于带转换层复杂高层建筑结构,超出B级高度(120m)17m。
2.结构选型与布置
基础采用大直径人工挖孔灌注桩,桩径根据受力大小不同分2500,2800,3200三种,桩持力层为微风化泥质粉砂岩。
结构底部大空间部位在四栋住宅中间设置一道防震缝,将四栋住宅分割为两个结构单元,每个结构单元均为大底盘双塔结构。采用现浇钢筋混凝土框支剪力墙结构,其中部核心筒剪力墙落地,转换层以上其余墙体不能落地,采用主次梁转换,另外根据实际情况,在转换层以下另增加了几道落地剪力墙,墻厚取600。转换层层高5.5m,转换梁截面高2m,主要截面为1500X2000和1000X2000,转换层下部核心筒剪力墙厚度取600,转换层上部核心筒剪力墙厚度取350。转换层板厚取250,转换层上两层、下一层板厚取150。转换层结构平面布置和转换层上下部竖向构件布置如图1~图3所示。
转换主梁采用型钢混凝土结构,次梁采用钢筋砼结构,框支柱、支承型钢梁的核心筒暗柱采用型钢砼结构,核心筒在楼层处设置型钢暗梁。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)4.8.1条、10.2.5条规定,框支柱、转换梁、底部加强部位剪力墙抗震等级均取为特一级。框架梁、上部墙抗震等级为一级。
3.结构计算与分析
本工程住宅采用中国建筑科学研究院编制:特殊多高层建筑结构空间分析与设计软件:PKPM-SATWE进行计算分析,采用CSI公司集成化建筑结构分析与设计软件系统ETABS(V9.20)进行校核。
(1)周期比:结构前6阶自振周期如表1所示:
自振周期 SATWE结果 ETABS结果
T1 3.18(Y平动) 3.14(Y平动)
T2 3.15(Y平动) 3.10(Y平动)
T3 3.02(X平动) 2.86(X平动)
T4 2.71(X平动) 2.76(X平动)
T5 2.25(扭转) 2.03(扭转)
T6 2.19(扭转) 1.92(扭转)
T7 0.99(平动) 0.99(平动)
T8 0.96(平动) 0.92(平动)
T9 0.92(平动) 0.80(平动)
Tt/T1 0.69 0.65
结构前6个振型为主振型,两个塔楼第一扭转振型与第一平动振型之比均小于0.85,且两程序计算结果比较接近,扭转对结构所造成的影响相对较小。
(2) X向刚重比为:4.54,Y向刚重比为:4.41,均大于2.7,能够通过《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002 (5.4.4条)的整体稳定验算,可以不考虑重力二阶效应。
(3)结构Y方向地面以上楼层最小剪重比为1.65%>1.6%,能满足《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001(2008版) (5.2.5条)规定,X方向首层为1.54%,二层为1.58%,均不满足《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001(2008版) (5.2.5条)规定,需进行最小剪力调整,但相差很小,通过调整最小剪力能满足要求。
(4)楼层最大位移比为X向,1.34(SATWE结果,2栋,第10层,X向偶然偏心),Y向,1.34(SATWE结果,1栋,第7层,Y向偶然偏心),均小于1.4,能够通过《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002 (4.3.5条)B级高度不应大于1.4的要求。
(5) 楼层侧向刚度比按广东省执行《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002的补充规定采用层间位移角控制,楼层侧向刚度突变处位于转换层处。
楼层 X位移角 Ratx1 Y位移角 Raty1
8层 1/2269 0.70 1/2527 0.68
7层 1/2635 0.66 1/2985 0.65
6层 1/2857 0.71 1/4093 0.56
5层(转换层) 1/4721 0.47 1/4343 0.72
4层 1/3524 1.03 1/3805 0.87
注:Ratx1,Raty1 : X,Y方向本层的层间位移角与相邻上一层的1.3倍,或其上相邻三个楼层层间位移角平均值的1.2倍的比值中之较大者。由表可看出,在转换层,并没有形成薄弱层,转换层侧向刚度大于其上一层侧向刚度,能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002的补充规定的要求。
(6)转换层等效侧向刚度比:转换层位于第五层,刚度算法采用剪弯刚度。转换层下部结构起止层号及高度1~5 ,29.00m,转换层上部结构起止层号及高度6~14,27.00m,X方向下部等效刚度= 0.1226E+08,X方向上部等效刚度= 0.9732E+07,X方向刚度比=0.7394,Y方向下部等效刚度= 0.1910E+08 ,Y方向上部等效刚度= 0.2519E+08,Y方向刚度比=1.2282,均小于1.3,能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第10.2.3条及附录E要求。
(7)弹性时程分析:弹性时程分析采用一条场地人工模拟波,两条实际强震记录,根据安评报告,50年超越概率为63.2%的场地特征周期为0.45s,最大地面加速度为23.98cm/s2,时距为0.02s,阻尼比为0.05,时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法结果的65%,多条时程曲线所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法结果的80%。
根据时程分析结果,楼层剪力在转换层处存在突变,层间位移角转换层以下楼明显小于转换层以上楼层,转换层以下一层层间位移角比转换层略大,但变化值仍在规范要求范围内。
4.抗震超限项目及加强措施
4.1 抗震超限项目
1)结构高度:137m,超出高规所规定的B级高度(120m)17m。
2)结构类型为部分框支剪力墙结构,转换层位于第5层,为主次梁转换;并采用了大底盘多塔结构(双塔)。属同时采用2种复杂类型结构。
3)体型规则性判定:根据广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则,对体型的判定如下:
a)扭转不规则:考虑偶然偏心作用影响的扭转位移比为1.34,对应层间位移角为1/1292,属II类扭转不规则。
b)狭长、凹凸不规则:平面凹进的一侧尺寸为相应投影方向的35%,大于30%,为凹凸不规则。
c)楼板局部不连续:楼板在核心筒部位开大洞,核心筒处楼板开洞后,有效楼板宽度小于开洞处楼面宽度的50%。
d)侧向刚度不规则:楼层层间位移角能满足不大于相邻上一层的1.3倍,或不大于其上相邻三个楼层层间位移角平均值的1.2倍要求,侧向刚度规则。
e)竖向抗侧力构件不连续:为框支剪力墙结构,墙不连续,属II类不规则。
f)楼层承载力突变:均不小于上一层承载力的80%,能满足要求。
根据以上判断,结构存在4项(a、b、c、e)不规则,其中扭转和竖向抗侧力构件均属II类不规则,属于体型特别不规则结构。
4.2 抗震加强措施
本工程属于体型特别不规则结构,且存在超高、带转换和多塔两重复杂。设计中拟采用以下措施加强结构的整体抗震能力。
1)对框支柱、底部加强部位剪力墙进行适当加强,对于框支柱、转换梁按中震弹性设计,落地剪力墙、转换层以下核心筒按中震不屈服设计。加强转换层、转换层上两层及以下楼层构造措施,增加构件延性,将地面以上框支柱轴压比控制在0.5以内,采用高强型钢砼结构;转换主梁采用型钢混凝土结构,并在转换层以下核心筒四个角部设置型钢,转换层以下核心筒各楼层处设置型钢暗梁。
增加剪力墙底部加强部位的配筋率,提高抗震性能。对于转换层以上一字形剪力墙,轴压比大于0.25者,其边缘构件全部按约束边缘构件设计。
2)在结构薄弱部位加强构造,对转换层上两层、下一层结构板厚度加大,最小板厚为150mm,此三层楼板配筋加强。
对于上部标准层楼板局部收进和开大洞问题,对核心筒周边及内部楼板加厚至200mm,采用弹性楼板假定,对楼板进行有限元分析,按中震应力配筋,并加强配筋构造。
3)合理设置墙、柱尺寸,使转换层上下侧向刚度的变化能满足高规的相关要求。
4)采用两个不同力学模型进行分析,本工程采用SATWE和ETABS两个程度进行计算分析和相互验证,从分析结果可见,主要控制参数能满足高规的要求。
5)对转换层下部楼层及上两层,用Ansys建立有限元模型分析,对整体计算结果和Etabs有限元结果进行校核,按不利配筋。