合肥超限高层建筑抗震设计可行性论证报告.docx

1、合肥超限高层建筑抗震设计可行性论证报告 沈阳财富中心（三期） 超限高层建筑抗震设计可行性论证报告 项目名称：沈阳财富中心（三期）项目地址：沈阳市沈河区北站路南侧建设单位：沈阳英特纳房产开发有限公司 院 长：冯晓明 总建筑师：王洪礼 总工程师：吴一红 项目总负责人：王洪礼 审 定 人：陈勇 专业负责人：郑孝党 校 对 人：董志峰 设 计 人：陈鹏 吕延超目录1 工程概况2 设计依据 2.1 设计规范和标准 2.2 工程地质勘察报告 2.3 场地地震安全性评价报告3 结构设计条件 3.1 设计基本参数 3.2 材料 3.3 楼层面荷载 3.4 楼层线荷载 3.5 风作用 3.6 地震作用 3.7

2、雪荷载 3.8 荷载效应组合 3.9 验算要求4 工程地质概况5 结构布置 5.1 结构体系 5.2 楼盖体系 5.3 主要构件截面尺寸 5.4 基础选材6 结构超限类型和程度7 抗震设防要求 7.1 抗震设防基本要求 7.2 抗震等级 7.3 抗震性能指标 7.4 整体变形控制目标8 弹性计算分析 8.1 整体计算 8.2 计算结果汇总 8.3 弹性时程分析8.4 弹性分析结论9 构件验算 9.1 构件验算流程 9.2 核心筒剪力墙 9.3 框架柱10 风作用舒适度验算11 大悬挑挠度及舒适度计算 11.1 大悬挑挠度计算 11.2 大悬挑舒适度计算12 静力弹塑性PUSH-OVER分析 1

3、2.1 静力弹塑性分析模型及荷载模式 12.2 结构相对位移与结构整体抗震性能评价13 动力弹塑性时程分析与抗震性能评价 13.1 概述 13.2 结构非线性弹塑性分析模型 13.3 动力弹塑性时程分析 13.4 抗震性能评估方法 13.5 小结及设计建议14 风荷载数值模型 14.1 数值模拟方法 14.2 单体结构的风洞数值模拟 14.3 考虑周围高层建筑影响的风洞数值模拟附录一 建筑初步设计图纸附录二 结构初步设计图纸1工程概述 沈阳财富中心由沈阳英特纳房产开发有限公司开发建设，建筑用地位于沈阳市沈河区沈阳金融商贸开发区的中心地段，北临北站路，南侧为团结路，东侧为迎宾路，西侧紧邻新港澳大

4、厦，工程分三期建设，总用地面积为2.05公顷。 沈阳财富中心（三期）总建筑面积109932。其中地下6层为停车库，建筑面积20793;地上44层为办公楼（包括两层避难层），建筑面积89139。建筑总高度187.1 m，结构主要屋顶楼面高为179.9m，建设用地位置见图1.1，建筑效果图见图1.2，建筑主要功能分区和各层层高情况，见表1.1及图1.3，标准层平面见图1.4。表1.1 建筑功能分区和层高楼层建筑功能层高（m）46电梯机房水箱间层3.945机房层3.33144办公4.030避难层4.01629办公4.015避难层4.0414办公4.03办公/会议室5.42银行4.01写字楼大堂6.2

5、地下1层汽车大堂5.0地下2层地下车库2.9地下36层地下车库2.42设计依据 2.1设计规范和标准 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001 建筑工程抗震设防分类标准 GB50223-2008 建筑结构荷载规范 GB 50009-2001(2006年版） 建筑抗震设计规范 GB 50011-2001(2008年版） 混凝土结构设计规范 GB 50010-2002高层建筑混凝土结构技术规程 JG73-2002型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ138-2001钢结构设计规范 GB50017-2003地下工程防水技术规程 GB50108-2001高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-

6、98建筑地基基础设计规范 GB50007-2002建筑钢结构焊接规程 JGJ-81-2002钢筋焊接及验收规程 JGJ18-2003钢筋机械连接通用技术规程 JGJ107-2003高层建筑结构用钢板 YB4104-2000建筑地基基础设计规范 DB21/097-2005工程建设标准强制性条文 房屋建筑部分2002版钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-20012.2 工程地质勘察报告 沈阳建材地质工程勘察院提供的沈阳财富中心A座沿途工程勘察报告（以下简称岩土报告），2010年5月。2.3 场地地震安全性评价报告 辽宁省地震研究所提供的沈阳市财富中心工程场地地震安全性评价（以下简称安评报告

7、），2003年4月。3 结构设计条件3.1 设计基本参数 本工程采用的结构设计分析基本参数，见表3.1。表3.1 办公楼结构分析和设计采用的建筑物分类参数结构设计基准期50年结构设计使用年限50年结构设计耐久性50年建筑结构安全等级二级结构重要性系数01.0建筑抗震设防分类乙类建筑高度类别超A地基基础设计等级甲级基础设计安全等级一级抗震设防烈度7度抗震措施8度场地类别类（根据岩土报告确定特征周期（Tg）0.35弹性分析阻尼比5%剪力墙抗震等级特一级框架柱抗震等级一级周期折减系数0.85注：建筑使用的隔墙或填充墙对结构的刚度会产生影响，这也会引起结构地震效应的变化，本工程考虑到隔墙或填充墙对结构

8、的影响，设定结构周期折减系数为0.85。3.2 材料3.2.1 混凝土表3.1 混凝土强度等级楼层位置核心筒剪力墙框架柱梁、板L21以下C60C60C35L22L36C50C50C35L36以上C40C40C353.2.2 钢筋表3.2 钢筋表钢筋种类直径（mm）标准值fyfy(N/mm2)设计值fyfy(N/mm2)弹性模量Es(N/mm2)HPB2358202352012.1105HRB3356503353002.0105HRB4006504003602.01053.2.3 型钢 结构用型钢均采用Q345B级。3.3 楼层面荷载 楼层附加恒荷是指除了结构构件自重以外的建筑吊顶、地面以及设备

9、等荷载，特殊设备荷载由相关单位提供；楼、屋面活荷载按建筑结构荷载规范（GB50009-2001,2006版）规定取值。表3.3 附加恒荷载及活荷载用途附加恒载KN/活荷载KN/办公室找平层连饰面+吊顶1.53.0（隔墙）电梯大堂找平层连饰面+吊顶1.53.5不上人屋顶找平层连饰面+隔热防水层3.60.50上人屋顶找平层连饰面+隔热防水层3.62.0银行找平层连饰面+吊顶+设备2.03.0（隔墙）通风机房找平层连饰面+吊顶1.57.0电梯（升降机房）找平层连饰面+吊顶1.57.0配电室找平层连饰面+吊顶1.57.0车库找平层连饰面+设备1.84.0汽车大堂找平层连饰面+吊顶3.54.0首层大堂找

10、平层连饰面+吊顶3.53.5洗手间找平层连饰面+吊顶1.52.5走廊找平层连饰面+吊顶1.52.5储藏室/垃圾房找平层连饰面1.52.5避难层找平层连饰面+吊顶2.010.03.4 楼层线荷载 外围玻璃幕墙按1.5kN/；砌体容重12kN/，考虑双面抹灰20mm厚混合砂浆，所有隔墙上方梁高按实际尺寸考虑，200mm厚隔墙取3.2kN/，100mm厚隔墙取2.0kN/。3.5 风作用 本工程地处沈阳市中心区域，根据建筑结构荷载规范(GB50009-2001, 2006版），100年重现期基本风压值0.6kPa，风压高度变化系数按C类地面粗糙度采用，由于规范没有适合本工程的风荷载体型系数，利用风洞

11、数值模拟结果与规范附录比较，建筑物风荷载体型系数取为1.4，风洞数值模拟结果详见第13章。3.6 地震作用 根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2001，2008年版）和岩土报告，本工程抗震设防烈度为7度，水平地震影响系数最大值为0.08，设计地震分组为第一组，场地土类别为类。 进行了安全报告提供的场地设计反应谱参数与规范反应谱参数的比较，见图3.1、图3.2及表3.4 。表3.4 安评报告地表地震动设计参数多遇地震（小震）设防地震（中震）罕遇地震（大震）抗震规范安评报告抗震规范安评报告抗震规范安评报告抗震影响系数max0.080.0790.230.2670.500.562特征周期Tg（s

12、）0.350.310.350.380.350.45阻尼比0.050.050.050.050.050.05加速度峰值（cm/s2）3534.6100118.5220245.2曲线下降段衰减指数0.91.060.91.010.90.92m动力系数最大值2.252.252.252.252.252.25 从图表中可以看出，安评报告给出的小震水平地震影响系数最大值和谱曲线均小于规范给定的数值，因此，本工程在进行抗震设计时，地震作用（小震、中震及大震）均采用建筑抗震设计规范（GB50011-2001，2008年版）给定的参数。3.7 雪荷载 根据建筑结构荷载规程（GB50009-2001，2006版），沈

13、阳地区100年一遇的基本雪压为0.55kpa，屋面积雪的分布系数为1.0。3.8 荷载效应组合 在进行构件承载力验算时，其荷载或作用的分项系数按表3.5取值，并取各构件可能出现的最不利组合进行截面设计。表3.5 设计荷载分项系数组合恒载活载风地震有利不利有利不利1恒+活1.351.00.71.40.02恒+活1.21.01.40.03恒+活+风1.21.00.71.40.01.01.44恒+活+风1.21.01.01.40.05恒+活+水平地震1.21.00.51.20.56恒+活+风+水平地震1.21.00.51.20.53.9 验算要求3.9.1 正常使用极限状态 SdC 式中，Sd荷载效

14、应设计值（如变形、裂缝）； C设计对该效应的相应限值。 构件竖向变形限制条件： 楼面梁： Lo9m时，1/300； 式中，Lo梁的计算跨度。 主钢梁或钢桁架：可变荷载作用，1/500；永久和可变荷载作用，1/400； 次钢梁 ：可变荷载作用，1/300；永久和可变荷载作用，1/250。3.9.2 承载能力极限状态1）验算构件承载力极限状态时，对于非地震组合应满足： 0SR 式中，0结构重要性系数，本工程0=1.0； R结构构件承载力设计值。2）在第一阶段抗震设计，构件的承载力应满足下列要求： RESR 式中，RE承载力抗震调整系数，见表3.6; S结构构件内力组合的设计值。表3.6 RE取值材

15、料结构构件受力状态RE钢柱、梁节点板件、连接螺栓连接焊缝0.750.850.90混凝土梁轴压比小于0.15的柱轴压比不小于0.15的柱剪力墙各类构件受弯偏压偏压偏压受剪、偏拉0.750.750.800.850.85型钢混凝土梁柱支撑剪力墙各类构件及节点焊缝及高强螺栓受弯偏拉、偏压拉、压偏拉、偏压受剪0.750.800.850.850.850.904 工程地质概况 根据岩土报告，本工程场地地形较平坦，地面标高介于45.6746.20m，稳定性较好，适宜建筑。除杂填土不宜做天然地基外，其余各层土均可做天然地基，地基承载力特征值fak及变形模型E0等数据见表4.1，根据基础埋深，选用圆砾作为基础持力

16、层。表4.1 各层地基土承载力及变形参数底层名称承载力特征fak（kPa）变形模量Eo（MPa）层厚（m）桩端阻力标准值qpa(kPa)桩侧阻力标准值qsa(kPa)杂填土0.73.7中砂1809.50.43.9201中砂906.00.63.37砾砂30021.21.05.445圆砾45032.21.05.855砾砂48029.10.93.970圆砾55035.01.76.5751砾砂48029.11.02.8701中砂30017.01.327粉质粘土1805.0（压缩模量）0.402.20301细砂21014.11.12.818圆砾60032.22.86.8671砾砂50026.31.465

17、砾砂60030.41.17.02800651圆砾60032.22.1305070圆砾60032.08.816.7305067泥质砾岩40030.2250065拟建场地地下水属孔隙潜水，微承压性。勘探期间，受地铁施工降水影响，静水位埋深为 17.10 m17.60m，静水位高程为28.46 m 27.70m，未降水前，地下水位一般埋深为6.00 m 8.00m。地下水位季节性变幅在1.0 m-2.0m，抗浮设计水位建议按绝对高程40.00m进行设计。地下水对混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。拟建场地自地面下20m深度范围内的砂土层经试验证明均不会产生液化。 本工程室内0.000相当于绝对标高46.0

18、0m，基础埋深21.190m，计算浮力时水头高差 15.19m，则地下水浮力标准值为15.19x10152kPa，整体计算时筏板在恒荷载作用下，最小反力标准值为330kPa，抗浮验算满足要求。5 结构布置5.1结构体系 本工程的总建筑高度187.1m，结构主要屋顶楼面高179.9 m，基础埋深21.19 m，满足规范大于塔楼高度1/18的要求。地下室共6层，地下26层为地下机械停车库，层高 2.4m，地下1层为汽车大堂，层高5.0m。地下室平面为塔楼向周围延伸一、二跨，借助建筑隔墙位置，设置剪力墙增加地下室刚度，同时刚度，使塔楼框架柱内力均匀扩散到基础底板，用以减少基础的厚度和配筋，详见图5.

19、1。 标准层建筑平面尺寸为40.8 mX55.5 m，外轮廓接近矩形，南北向为弧形，东西向为折线形，核心筒为矩形，塔楼地上44层，首层为塔楼大堂，2层为银行，3层以上为办公室，标准层层高4.0m，见图5.2。 选择钢筋混凝土框架一核心筒作为结构体系，以混凝土核心筒为主要抗侧力构件，外框架柱承受竖向荷载为主，提供部分抗侧力刚度以及二道防线作用；核心筒宽度15.0m，高宽比为11.99；建筑物高宽比为4.4，满足A级高度高层建筑结构最大高宽比6的要求。5.2 楼盖体系5.2.1 地下室 由于层高的限制，地下2-5层楼板采用钢筋混凝土厚板形式，楼板厚度250mm，局部500mm厚，框架柱之间以及框架

20、柱与核心筒之间采用宽扁梁形式进行连接；考虑到地下室对上部结构的嵌固作用，地下i层和首层采用普通钢筋混凝土主次梁楼盖形式，楼板厚度200mm。5.2.2 塔楼 塔楼范围内采用现浇钢筋混凝土主次梁楼盖形式，标准层楼板厚度120mm，避难层楼板厚度150mm。 按建筑使用功能要求，在地上2, 3. 4层局部以及标准层的东南角和西北角采用了大悬挑结 构形式，悬挑区域的挑梁采用钢结构形式，楼板采用110mm厚压型钢板组合楼板，详见图11.1、图11.2，与悬挑相连的框架梁和柱内部配置型钢。5.3 主要构件截面尺寸表5.1 主要构件的截面尺寸楼层核心筒剪力墙（外/内）框架柱框架梁次梁基础首层900/600

21、14001800（型钢）14001600（型钢）800500450850300700地上1地上5800/60014001800（型钢）14001600（型钢）600750500850350650地上6地上10800/600、800/50014001600（型钢）14001600（型钢）500850600750350650地上11地上16700/50014001600（型钢）14001400（型钢）600750500750350650地上17地上24600/500、600/40014001400（型钢）13001300（型钢）600750500750350650地上25地上36500/400、5

22、00/30014001400（型钢）1300130012001200600750500750350650地上37地上44400/3001100110010001000800800600750400750350650地上45顶层300/300800800350650注：框架柱与剪力墙布置、尺寸及构件验算详见第9章5.4 基础选型 根据岩土报告，经过技术和经济对比分析，本工程采用平板式筏板基础。基础持力层为圆砾，天然地基承载力特征值600kPa。筏板混凝土强度等级C40，塔楼底部筏板厚度3.3m，有坑槽的部分局部加厚，塔楼范围以外周边筏板厚23m。经计算天然地基的平均沉降为26.01mm,塔楼内筒

23、下的最大沉降为3 1 .00mm。6 结构超限类型和程度 根据建筑抗震设计规范、高层建筑混凝土结构技术规程和超限高层建筑工程抗震设防审查细则有关规定，本工程结构超限情况见表6.1。表6.1 结构超限情况汇总超限项目判定结果判定原因高度超限（m）是超A级高度钢筋混凝土框架核心筒高层建筑（179.9m130m，但小于180m）；复杂高层否不规则类型扭转不规则是最大扭转位移比：X向1.18（7），Y向1.26（9），大于1.2但小于1.4；楼板局部不连续否地上2层楼板开洞面积占楼层面积的21%，不超过30%；竖向不规则否侧向刚度不规则否抗侧力构件不连续否楼层承载力突变否超限情况总结1 建筑高度超高A

24、级限制；2 扭转不规则。说明：1.根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）第4.2.2条规定，A级高度钢筋混凝土框架核心筒结构7度抗震的最大高度为130m，B级高度为180m，故本工程属高度超A级限制建筑。2.表中“复杂高层”按高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）第10.1.2条确定，属于非复杂高层建筑。3.表中“平面扭转位移比”按照高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）第4.3.5条规定，B级高度高层建筑、混合结构高度建筑及复杂高层建筑的楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍，本工程考虑5%偶然偏

25、心时，最大位移比1.26，属于扭转不规则建筑。4.地上2层开大洞面积占楼面面积的21%，标准层开洞面积占楼面面积的5.6%，满足高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）第4.3.6条和建筑抗震设计规范（GB50011-2001）第3.4.2条的规定，为凹凸规则和楼板连续结构；5.楼层层间抗测力构件的受剪承载力和其上一层受剪承载力的比值最小为0.92（第4层），满足高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）第4.4.3的规定，不属于楼层承载力突变类型，详见图8.27所示及相应计算书。7 抗震设防要求7.1 抗震设防基本要求按照国内现行抗震设计规范，要求建筑结构采用三水准进行抗震设防

26、，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”，本工程各阶段抗震性能水准的具体建议，见表7.1。表7.1 抗震设防的基本要求抗震性能水准小震结构在地震后完好、无损伤，一般不需修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。中震地震后将诶够的薄弱部位和重要部位的构件轻微损坏，出现轻微裂缝，其他不问有部分选定的具有延性的构件发生中等损坏，出现明显裂缝，进入屈服阶段，需要修理并采用以下安全措施才可继续使用。大震结构在地震作用下发生明显损坏，多数构件中等损坏，进入屈服，有明显的裂缝，部分构件严重损坏，但整个结构倒塌，人员会受到伤害，但不危及生命安全。7.2 抗震等级表7.2 抗震等级结构部位抗震等级地下6地下2层剪力墙三级柱三级地下1层以上剪力墙特一级柱一级7.3 抗震性能指标表7.3 结构关键部位的抗震性指标结构构件类别小震中震大震钢框架梁弹性屈服屈服外框钢管混凝土柱弹性弹性屈服伸臂桁架斜撑弹性不屈服屈服核心筒底部加强区及相邻上一层弹性弹性不屈服(剪压比满足规范要求)加强层及其上二层弹性弹性其它层弹性不屈服（偏压、偏压验算）弹性（受剪）连梁弹性不