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住宅楼高层高宽比超限设计

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本工程为兰州兰石集团有限公司3#住宅楼,建设用地位于兰州市七里河区。3#楼地下为2层(地下一层为管道夹层,层高1.50m,地下二层为甲类核六级人防兼自行车库,层高3.60m),地上30层为住宅,结构主体高度87.30米,惯性矩等效宽度13.75米,高宽比6.35,全现浇抗震墙体系,抗震墙抗震等级一级。嵌固端位置取在一层楼面(标高±0.000)处。
  2 超限类型
  根据建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,本工程不属于建设部规定的超限高层建筑。根据《甘肃省建筑工程施工图设计文件审查要点》结-C50201的规定,3#住宅楼高宽比超过规定,为省定超限高层建筑。
  3 建筑结构设计等级及设计参数
  4 地基与基础
  4.1 地基概况
  拟建场地位于建设用地位于兰州市七里河区。勘察场地主要地层特征见下表。
  4.2 基础设计
  根据场地的地层结构及物理力学性质,并结合上部结构的特点,基础采用桩-筏基础,桩以卵石为持力层。基础埋深6.0米(5.1+1.2- 0.3=6.0),埋置深度为建筑物高的1/14.55。
  5 上部结构选型
  由于高宽比超限,且建筑物主要使用功能为住宅,故结构体系选择抗侧力性能较好的剪力墙结构,并通过合理的布置剪力墙以达到抗倾覆、结构整体稳定的要求。楼(屋)盖采用现浇混凝土楼(屋)盖,并适当加厚嵌固楼板及屋面板的厚度,以提高建筑物的整体性能。
  6 结构分析
  6.1 本工程使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》(2010年版)进行结构分析,由于高宽比超过《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002限值,采用PMSAP软件进行补充整体分析,并用SATWE选用两条天然波TH1TG040、TH3TG040,一条人工波RH1TG040进行结构弹性动力时程分析,并对三种计算结果列表对比。
  6.2 主要电算结果
  4.3 结果分析
  对SATWE与PMSAP两套不同振型分解反应谱法进行计算比较,SATWE程序的振型分解反应谱法与结构弹性动力时程分析法进行计算比较,主楼弹性动力时程分析、PMSAP分析结果与SATWE计算结果基本一致,第三周期为扭转周期,结构设计采用SATWE计算结果。
  弹性动力时程分析每条时程曲线主要结果:
  TH1TG040 X: 6348.8KN Y:6592.2 KN
  TH3TG040 X: 4976.6KN Y:9691.9 KN
  RH1TG040 X:5979.7KN Y:5761.8 KN
  振型分解法的底部剪力:X: 6495.72KN Y: 7343.00KN
  4.3.1 X:{6348.8,4976.6,5979.7}>6495.72*65%=4222.22,
  Y:{6592.2,9691.9,5761.8}>7343.00 *65%=4772.95KN,
  計算结果满足每条时程曲线所得的结构底部剪力不小于振型分解法的底部剪力的65%。
  4.3.2 (6348.8+4976.6+5979.7/3=5768.37>6495.72*80%=5196.58
  (6592.2+9691.9+5761.8)/3=7348.6>7343.00*80%=5874.40
  计算结果满足多条时程曲线所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解法的底部剪力的80%。
  弹性动力时程分析每条时程曲线计算所得结构底部剪力大于振形分解反应谱法计算结构的65%,三条时程分析曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振形分解反应谱法计算结果的80%,且振型分解反应谱法计算结果曲线均能包络时程分析曲线的平均反应曲线。
  结构的刚重比最小为6.65大于2.7,结构计算可不考虑重力二阶效应的不利影响,也满足高层建筑结构稳定对结构刚度的要求。底部加强区各楼层与其上一楼层的刚度比、承载力比均大于0.8、0.9。结构计算的有效质量系数均大于95%;考虑5%偶然偏心的地震作用下,楼层或层间位移比均不超过1.2,平面扭转规则。多遇地震作用下基础底面未出现零应力区。中震作用下,结构底部抗倾覆弯矩与倾覆弯矩之比均大于2.0,基底出现零应力的范围占基础底面积的最大值为23.4%,小于25%。中震下结构不发生整体倾覆。基础埋深满足抗倾覆的要求。
  在罕遇地震作用下,层间弹塑性位移角最大为1/174,小于1/150。
  外纵墙最大轴压比0.30<0.40,满足《甘肃省建筑工程施工图设计文件审查要点》降低轴压比限值的要求。
  主要受力构件配筋适中,除极少量剪力墙连梁截面抗剪强度不够外,其它构件基本无超筋超限,竖向抗侧力构件未出现塑性铰,未出现薄弱部位。说明结构布置合理,各控制指标均满足规范限值要求,计算结果有效、可靠。
  5 结构加强措施
  结构设计采取以下加强措施:
  5.1 控制楼层层间最大位移与层高之比≤1/1100。
  5.2 加大基础有效埋深,基础埋深6.0米,埋置深度为建筑物高的1/14.55,不小于房屋高度的1/16。
  5.3 严格控制外纵墙轴压比,其限值按《高规》表7.2.14所对应的数值降低0.1(即0.5-0.1=0.4)。
  5.4 剪力墙底部加强区墙体水平及竖向分布钢筋配筋率控制不小于0.30%,对底部加强剪力墙约束边缘构件从基础底板以上设置,设置高度在《高规》7.2.15条基础上再向上延伸一层,纵向边墙约束边缘构件配筋率不小于1.35%并不小于6 18。
  5.5 底部加强区剪力墙连梁加强密箍,一般控制其跨高比不大于2.5,当跨高比小于2.5 时,设置水平缝形成双连梁或增设斜向交叉暗撑或钢筋。
  6 预期性能目标
  当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,一般不损坏或不需修理可继续使用,当遭受相当于本地区地震设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理可继续使用,当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
  7 可行性评价
  本工程中的高宽比超过《甘肃省建筑工程施工图设计文件审查要点》规定,属结构超限高层建筑。采用《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》(2010年版)结构分析程序进行计算,通过对电算结果的分析,对此调整结构布置及优化结构构件设计,使得结构主要控制指标能满足规范有关要求,从严格控制楼层层间最大位移比及层高之比,并针对高宽比超限采取一定的结构加强措施。通过合理的结构选型及布置,采取有效的结构加强措施,3#楼能达到预期的性能目标,结构安全可靠。

更新:2024-01-24 23:33:50 © 著作权归作者所有
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