长江传媒大厦项目超限高层建筑工程抗震设计申请建设可行性论证报告.docx
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长江传媒大厦项目超限高层建筑工程抗震设计申请建设可行性论证报告
长江传媒大厦项目超限高层建筑工程抗震设计可行性论证报告
1工程概况
1.1建筑总体概况
长江传媒大厦位于武汉市江岸区后湖乡金桥大道以西，三金潭立交以南，毗邻市民之家。
本项目净用地面积29041平方米，总建筑面积为146843平方米。
地上面积为108078平方米，地下面积38763平方米，其中主楼地上建筑面积为90050平方米。
主楼与副楼之间地下室连为整体，地上部分设置伸缩缝兼防震缝，缝宽140mm。
主楼为B级高度钢筋混凝土结构超高层建筑，副楼为钢筋混凝土结构多层建筑。
主楼建筑高度243米（算至屋顶钢结构顶部），建筑层数47层，地下2层（局部有夹层），地下二层结构层高为5.15m，地下一层结构层高为6.40m，地下夹层结构层高为3.3m，首层结构层高为4.95m，二层至五层结构层高均为4.3m，九层、二十四层及四十层为避难层，结构层高为6.0m，其余楼层结构层高均为4.2m，地面以上主体结构总高度为205.30m（室外地面至大屋面），大屋面以上为建筑装饰钢结构。
副楼建筑高度23.85米，建筑层数五层，地下2层。
主楼采用全现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，副楼及地下室非塔楼部分为全现浇钢筋混凝土框架结构。
建设单位为武汉地产开发投资集团有限公司，勘察单位为湖北省地质勘察基础工程公司，地震安评单位为武汉地震工程研究院，设计单位为中信建筑设计研究总院有限公司。
1.2主楼结构设计概况
本工程主楼建筑面积大于8万平方米，根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）第6.0.11条，主楼的抗震设防类别为重点设防类（乙类），根据《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）第3.2.1条，乙类建筑结构安全等级宜为一级，故本工程主楼及地下室建筑结构安全等级为一级。
结构设计使用年限为50年。
本工程主楼结构体系采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，结构高度为205.30m，为B级高度钢筋混凝土高层建筑。
楼面采用全现浇钢筋混凝土梁板式结构。
根据建筑功能要求并结合结构抗侧刚度的需要，利用电梯井、楼梯间、设备用房设置剪力墙，剪力墙厚为800~300mm，从下向上逐渐减薄，并在框架梁连接处设置钢骨。
根据建筑平面功能要求设置框架柱，柱距为8.40m~12.45m。
为避免框架柱截面过大影响建筑平面使用，结合结构抗侧刚度的需要，主塔楼40层以下框架柱均设置为钢骨混凝土柱。
主楼A轴处有两根框架柱由转换桁架转换而来，转换桁架高度为两层楼高（四层楼面~六层楼面），桁架下弦梁截面为1300x1800，上弦梁截面为1600x1800，斜杆斜撑截面为1100x1100，斜撑转换桁架支撑柱截面为1800x1800，以上构件均设置钢骨。
另外，主楼在14~17层及26~29层间由于建筑平面尺寸的变化，结构采用斜柱转换，斜柱与竖向角度为20度，在13~17层及25~29层间采用钢骨梁，14、17、26、29层楼板厚度采用150mm，13、15、16、25、27、28层楼板厚度采用120mm。
主楼结构高宽比共分两个阶段：
（1）底部区域：
205.30/43.5=4.720，
（2）上部区域：
133.75/38.15=3.506；长宽比最大为：
为96.95/43.5=2.229。
满足《高规》第3.3.2条及第3.4.3条关于最大高宽比及长宽比的要求。
主楼地上部分剪力墙、框架、转换桁架及其支撑柱、斜柱抗震等级均为一级，地下室部分及塔楼顶板相关范围内（建筑H轴线以下部分）抗震等级为一级，其余地上无塔楼的地下室部分抗震等级为三级。
底部加强区为基础顶面至地上八层楼面。
由于本工程主楼高度超过按本地区设防烈度提高一度后对应的房屋最大适用高度，故拟采取比对应抗震等级（一级）更有效的抗震构造措施。
本工程地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为甲级。
主楼基础采用桩筏基础，核心筒处筏板厚度h=3.000m，框架柱处独立承台厚度3.500m。
承台底标高-14.600m，室外标高为-1.35m，基础埋深13.25m，埋深比为：
205.3/13.25=15.494。
满足《高规》第12.1.8条基础埋置深度的要求。
主楼桩基采用钢筋混凝土后注浆钻孔灌注桩（桩端、桩侧复式注浆），桩径为1000mm和800mm。
1000mm桩单桩竖向抗压承载力特征值Ra=8800KN，桩端持力层为⑦层【中风化砂质泥岩】，桩端进入持力层深度不小于9m，有效桩长不小于45m，工程桩桩身混凝土强度等级为C45。
800mm桩单桩竖向抗压承载力特征值Ra=3600KN，抗拔承载力特征值Ra=1600KN，桩端持力层为⑥-2层【中风化泥质砂岩】，桩端进入持力层深度不小于1m，有效桩长不小于34m，工程桩桩身混凝土强度等级为C30。
由于本工程主楼的高度超过了《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定的框架-核心筒结构在6度设防时A级高度钢筋混凝土结构的最大适用高度，为B级高度高层建筑，依据建设部建质[2010]109号文的规定，属超限高层建筑，需报抗震超限审查。
2结构设计主要依据
2.1国家和地方主要规范、标准或规程
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）；
《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）；
《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）；
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）；
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；
《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）;
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）；
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）；
《钢骨混凝土结构技术规范》（YB9082-2006）；
《高层建筑钢--混凝土混合结构设计规程》（CECS230:
2008）；
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）；
《建筑地基基础检测技术规范》（DB42/269-2003）；
《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）；
《钢筋焊接及验收规范》（JGJ18-2003）；
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）；
《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）；
《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）
《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-2011）；
《全国民用建筑工程设计技术措施》结构分册（2009年）
2.2工程相关文件
《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建设部建质[2010]109号文；
《武汉市建筑工程实施结构设计规范的若干暂行技术规定》武抗办字[2003]1号文；
《关于进一步加强建设工程抗震设防要求管理的通知》武震办[2007]4号；
《关于进一步加强建筑工程质量管理的通知》鄂建文[2011]152号；
武汉华中岩土工程有限责任公司于2011年12月提供的关于本工程的岩土工程勘察报告（勘察阶段：
详细勘察；工程编号：
勘报1141）；
武汉地震工程研究院于2012年01月提供的《长江传媒大厦项目工程场地地震安全性评价报告》（技术报告2012AP005）；
2.3场地地震效应及地震作用
本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。
地质报告显示，建筑所处场地土类型为中软场地土，场地类别为Ⅲ类。
根据武汉地震工程研究院2012年01月提供的《长江传媒大厦项目工程场地地震安全性评价报告》可知：
1、区域主要构造具有孕育中等地震的潜能，未来百年具有发生M5~6级地震的可能性，北西西、北北东向早、中更新世断裂系统和新构造期的断陷盆地、隆起周缘为地震可能发生部位。
2、近场区及近邻地带历史和现代地震活动呈中等偏下水平，区域内较大中等震对工程场地最大影响烈度为Ⅵ度。
近场区内发育多条早第四纪断裂，北西向襄樊-广济断裂带、青山口-黄陂断裂带等具中等地震的构造条件。
3、地震危险性分析计算结果表明，本工程场地基岩不同概率下水平向加速度如表2.3.1所示。
表2.3.1场点不同超越概率下基岩水平向峰值加速度（PGA）
超越概率
50年
63.2%
10%
2%
PGA
19.1
56.2
106.6
4、对场址影响最大的潜在震源区是新洲源、、麻城源、咸宁源、霍山源、岳阳源和仙桃源，其它潜在震源区影响较小。
5、地震影响系数由下面公式确定：
（2.3.1）
其中，Amax为设计地震动峰值加速度；β（T）为设计地震动加速度放大系数反应谱，按下式给出：
（2.3.2）
式中，T为结构自振周期，βmax为反应谱最大值；T1为设计反应谱平台段起始周期（0.1秒），Tg为特征周期，γ为反应谱下降段的衰减指数。
工程场地地表水平向设计地震反应谱参数见表2.3.2。
表2.3.2工程场地地表水平向设计地震反应谱参数（地震安评）
概率水平
Amax（gal）
βmax
αmax
T1（s）
Tg（s）
γ
50年63.2%
（常遇地震）
31.2
2.5
0.078
0.10
0.45
0.90
50年10%
（偶遇地震）
85.5
2.5
0.214
0.10
0.50
0.90
50年2%
（罕遇地震）
146.3
2.5
0.366
0.10
0.55
0.90
6、场址区不存在发生崩塌、滑坡、泥石流等等地震地质灾害的条件；在罕遇地震作用下，可不考虑砂土液化的问题；可不考虑软土震陷及断裂错动对工程的影响。
7、地震安评报告提供的地震影响系数曲线与抗震规范提供的曲线存在一定的差异，如图2.3.1~2.3.2所示。
两者的最大地震影响系数αmax和特征周期Tg取值不同：
多遇地震下，规范为0.04、0.45，安评报告为0.078、0.45；设防烈度地震下，规范为0.12、0.45，安评报告为0.214、0.50；罕遇地震下，规范为0.28、0.50，安评报告为0.366、0.55。
周期在0～8秒时，安评报告的地震影响系数值均大于规范值。
本工程多遇地震的反应谱采用安评报告提供的数据，结构设计偏于安全，设防烈度地震和罕遇地震的反应谱采用规范提供的数据。
图2.3.1多遇地震下水平地震影响系数曲线
图2.3.2设防烈度地震下水平地震影响系数曲线
图2.3.3罕遇地震下水平地震影响系数曲线
2.4工程地质条件
本工程地质条件详见初步设计说明（附一）。
2.5主要设计荷载
本工程主要设计荷载详见初步设计说明（附一）。
3结构超限类型及超限程度
本工程结构超限类型及超限程度（附二）。
4结构抗震性能设计
4.1地震水准
根据现行有关规范和文件要求，本工程地震水准选用如下：
1、多遇地震（小震）：
50年超越概率63.2%，地震重现期50年。
2、设防烈度地震（中震）：
50年超越概率10%，地震重现期475年。
3、罕遇地震（大震）：
50年超越概率2%，地震重现期2000年。
4.2结构抗震性能目标及性能水准
1、根据现行有关规范和文件要求，结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。
结构抗震性能目标分为A、B、C、D四个等级，结构抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准，每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应，如表4.2.1所示。
表4.2.1结构抗震性能目标
性能目标
性能水准
地震水准
A
B
C
D
多遇地震
1
1
1
1
设防烈度地震
1
2
3
4
预估的罕遇地震
2
3
4
5
2、结构抗震性能水准可按表4.2.2进行宏观判别，各种性能水准结构的楼板均不应出现受剪破坏。
表4.2.2各性能水准结构预期的震后性能状况
结构抗震
性能水准
宏观损坏
程度
损坏部位
继续使用的可能性
普通竖向构件
关键构件
耗能构件
第1水准
完好、无损坏
无损坏
无损坏
无损坏
不需修理即
可继续使用
第2水准
基本完好、轻微损坏
无损坏
无损坏
轻微损坏
稍加修理即
可继续使用
第3水准
轻度损坏
轻微损坏
轻微损坏
轻度损坏、部分中度损坏
一般修理后
可继续使用
第4水准
中度损坏
部分构件中度损坏
轻度损坏
中度损坏、部分比较严重损坏
修复或加固后
可继续使用
第5水准
比较严重损坏
部分构件比较严重损坏
中度损坏
比较严重损坏
需排险大修
注：
“普通竖向构件”是指“关键构件”之外的竖向构件；“关键构件”是指该构件的失效可能引起结构的连续破坏或危及生命安全的严重破坏；“耗能构件”包括框架梁、剪力墙连梁及耗能支撑等。
3、综合考虑规范要求及业主单位要求，本工程主楼的结构抗震性能目标确定为性能目标C，关键构件（转换桁架及其支承柱、斜柱以及承受较大拉力的楼面梁等）在满足性能目标C的基础上，按规范设计参数计算中震时，保持弹性，大震时，保持不屈服。
性能目标C必须满足以下性能水准，如表4.2.3所示：
表4.2.3性能水准结构预期的震后性能状况
地震水准
结构抗震
性能水准
宏观损坏
程度
损坏部位
继续使用的可能性
剪力墙底部加强区及相应部位的框架柱
剪力墙非底部加强区及相应部位的框架柱
框架梁、连梁
多遇地震
（小震）
第1水准
完好、无损坏
无损坏
无损坏
无损坏
不需修即
可继续使用
设防烈度地震（中震）
第3水准
轻度损坏
轻微损坏
轻微损坏
轻度损坏、部分中度损坏
一般修理后
可继续使用
罕遇地震（大震）
第4水准
中度损坏
轻度损坏
部分构件中度损坏
中度损坏、部分比较严重损坏
修复和加固后
可继续使用
4、本工程不同抗震性能水准的结构设计可按下列规定进行：
1）、第1性能水准时，结构应满足弹性设计要求。
小震作用下，其承载力和变形应符合高规（JGJ3-2010）的有关规定；在中震作用下，结构构件的抗震承载力应符合下式要求：
rGSGE+rES*EK≤Rd/rRE（4.2-1）
式中：
Rd、rRE——分别为构件承载力设计值和承载力抗震调整系数；
S*EK——地震作用标准值的构件内力，不需考虑与抗震等级有关的增大系数。
2）、第3性能水准时，结构应进行弹塑性计算分析。
在中震或预估的大震作用下，关键构件及普通竖向构件的正截面承载力应符合式（4.2-2）的规定，其受剪承载力宜符合式（4.2-1）的要求；部分耗能构件进入屈服阶段，但其受剪承载力应符合式（4.2-2）的规定。
在预估的大震作用下，结构薄弱部位的层间位移角应满足高规层间弹塑性位移角限值的规定。
SGE+S*EK≤RK（4.2-2）
式中：
RK——材料强度标准值计算的截面承载力。
3）、第4性能水准时，结构应进行弹塑性计算分析。
在中震或预估的大震作用下，关键构件的抗震承载力应符合式（4.2-2）的要求；部分竖向构件以及大部分耗能构件进入屈服阶段，但钢筋混凝土竖向构件的受剪截面应符合式（4.2-3）的要求，钢—混凝土组合剪力墙的受剪截面应符合式（4.2-4）的要求。
在预估的大震作用下，结构薄弱部位的层间位移角应符合高规层间弹塑性位移角限值的规定。
VGE+V*EK≤0.15fckbh0（4.2-3）
（VGE+V*EK）-（0.25fakAa+0.5fspkAsp）≤0.15fckbh0（4.2-4）
式中：
VGE——重力荷载代表值的构件剪力；
V*EK——地震作用标准值的构件剪力，不需考虑与抗震等级有关的增大系数；
fak——剪力墙端部暗柱中型钢的强度标准值；
Aa——剪力墙端部暗柱中型钢的截面面积；
fspk——剪力墙墙内钢板的强度标准值；
Aa——剪力墙墙内钢板的横截面面积。
4.3结构抗震性能设计的原则及思路
1、根据多遇地震（小震）及风荷载等荷载作用下的弹性计算结果，按现行规范进行结构设计。
2、利用屈服判别法进行设防烈度地震（中震）作用下结构构件的屈服验算，对结构的损伤程度进行分析。
3、通过弹塑性时程分析方法验算罕遇地震（大震）作用下的弹塑性层间位移角等指标是否满足规范要求，并对结构的损伤程度进行分析，确定结构薄弱部位（薄弱层及薄弱构件），提出结构抗震加强措施。
5结构计算分析及抗震性能目标分析
5.1主要结构计算软件
弹性阶段计算采用中国建筑科学研究院编制的建筑结构空间有限元计算分析软件SATWE（2011.03），作为结构设计、计算的主要依据。
采用中国建筑科学研究院编制的建筑结构设计软件PMSAP及北京迈达斯技术有限公司的MIDAS/Building（2012）进行对比校核分析。
弹塑性阶段计算采用北京迈达斯技术有限公司的MIDAS/Building（2012）进行弹塑性时程分析。
5.2结构嵌固端选择
将上部结构与地下室作为一个整体考虑，采用地震剪力与地震层间位移比的刚度比计算方法，回填土对地下室约束相对刚度比取0时，地下室的侧向刚度与地上首层的侧向刚度之比值，X向为3.904，Y向为2.541，满足规范不宜小于2的要求。
据此，上部结构计算时，可将地下室顶板作为上部结构的嵌固端。
本工程中地下室顶板采用梁板结构，楼板板厚为不小于180mm，采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不小于0.25%。
5.3多遇地震（小震）作用下的弹性计算分析及抗震性能目标分析
5.3.1结构弹性计算的主要原则
1、根据高规5.1.12条规定，结构计算采用两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算，并进行对比分析。
2、根据高规5.1.13条规定，抗震设计时，考虑平扭耦联计算结构的扭转效应（CQC法），振型数不小于15，且各振型参与质量之和不小于总质量的90%。
3、考虑双向水平地震作用下的扭转效应。
4、计算单向地震作用下的扭转位移比（考虑偶然偏心的影响）。
5、各种计算均考虑施工过程的模拟。
6、本工程主楼风荷载作用考虑100年重现期的风压W0=0.40kN/m2，地面粗糙度为B类。
对围护结构计算时，风荷载作用考虑50年重现期的风压W0=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。
7、风荷载计算时的体型系数按规范取为1.40，在适当考虑风力相互干扰的群体效应后，取μs=1.47。
根据风洞试验资料，风洞试验体型系数在建筑物中上部楼层均小于规范值，在下部楼层大于规范值，综合考虑，风荷载体型系数取1.470是偏于安全的。
8、采用10年一遇的风荷载取值（w0=0.25kN/m2）计算顺风向与横风向结构顶点最大加速度αmax。
9、根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）5.1.13条规定，本建筑为B级高度高层建筑，需要采用弹性时程分析法进行补充计算。
采用中国建筑科学研究院编制的结构分析程序SATWE，建立分层模型，将各楼层的质量集中于楼层处，形成弹性多质点体系，然后输入地震波（数字化地震地面运动加速度）进行弹性时程分析，可得结构各点的加速度、速度和位移反应，由位移反应计算结构内力。
5.3.2弹性计算结果及分析
采用SATWE和PMSAP、MIDAS/Building计算程序计算的结果如表5.3.2.1所示，SATWE计算结果的其他详细数据见初步设计说明（附一）。
表5.3.2.1SATWE/PMSAP/Madis/Building弹性计算结果简表
计算内容
SATWE
PMSAP
MadisBuilding
规范限值
周期（秒）（x平动+y平动/扭转%）
T1
4.7220（0+100/0）
4.680（0+100/0）
4.9632（0+100/0）
T2
4.2013（99+0/1）
4.189（99+0/1）
4.1535（99+0/1）
T3
3.2959（2+0/98）
3.177（1+0/99）
3.4636（2+0/98）
Tt/T1
0.698
0.679
0.698
≤0.85
楼层最大层间位移角（所在楼层）
X向地震
1/1073（37）
1/1139（35）
1/1122（36）
1/600
Y向地震
1/1014（34）
1/1088（34）
1/980（34）
X向风
1/1352（34）
1/1347（33）
1/1451（34）
Y向风
1/1648（33）
1/1659（33）
1/1558（33）
最大位移/层平均位移【注1】
X向地震
1.48
（1）
1.48
（1）
1.501
（1）
宜≤1.2，应≤1.4
Y向地震
1.35
（1）
1.36
（1）
1.548
（1）
最大层间位移/平均层间位移【注1】
X向地震
1.48
（1）
1.48
（1）
1.501
（1）
≤1.4
Y向地震
1.35
（1）
1.36
（1）
1.548
（1）
有效质量系数（%）
X向地震
93.90
94.18
90.87
≥90%
Y向地震
95.82
96.04
94.55
最小楼层剪重比（%）
X向地震
1.41
1.43
1.37
≥0.8%
Y向地震
1.33
1.36
1.29
整体稳定验算（刚重比）
X向
3.38
3.58
3.04
＞1.4整体稳定；＞2.7可不考虑重力二阶效应
Y向
2.69
2.91
2.46
本层与上层抗剪承载力比值的最小值
【注2】
X向
0.85
0.81
0.9866
不应＜75％
Y向
0.76
0.79
0.9729
地震作用下底层剪力（kN）
X向
19487.16
19844.7
18587.30
Y向
18451.90
18773.0
17492.59
地震作用下底层弯矩（kN·M）【注2】
X向
1745855.75
1746963.4
4613927.64
Y向
1709540.88
1711121.9
5020297.70
结构总质量（吨）
138554.344
138447.175
138164.216
单位结构面积上质量（kN/M2）
16.701
16.688
16.65
注：
1、计算结果显示，在考虑偶然偏心的单向地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值，X、Y向的最大值均大于1.4，但小于1.6，这些楼层的位移角不大于JGJ3-2010的第3.7.3条规定限值的40%，故结果满足规范要求；
2、地震作用下底层剪力及弯矩，目前，satwe、pmsap中规定水平力的确定方式采用的是楼层剪力差方法（规范算法），而Building中计算规定水平力的方法采用的是节点地震作用CQC组合方法，所以其计算结果与satwe、pmsap结果相差较大。
根据SATWE、PMSAP和MIDAS/Building的弹性计算结果可知：
结构沿主轴方向振动形式相近，结构振型、周期、位移形态和量值在合理范围；结构地震作用沿高度的分布合理；有效质量参与系数、楼层剪重比、位移角等指标均满足规范要
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