合肥超限高层建筑抗震设计可行性论证报告.docx
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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
12.1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187.1m，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
3.9
45
机房层
3.3
31~44
办公
4.0
30
避难层
4.0
16~29
办公
4.0
15
避难层
4.0
4~14
办公
4.0
3
办公/会议室
5.4
2
银行
4.0
1
写字楼大堂
6.2
地下1层
汽车大堂
5.0
地下2层
地下车库
2.9
地下3~6层
地下车库
2.4
2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》GB50009-2001（2006年版）
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《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》JGJ99-98
《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》GB50205-2001
2.2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》），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γ0
1.0
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
Ⅱ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
C60
C60
C35
L22~L36
C50
C50
C35
L36以上
C40
C40
C35
3.2.2钢筋
表3.2钢筋表
钢筋种类
直径
（mm）
标准值fy
fy（N/mm2）
设计值fy
fy（N/mm2）
弹性模量
Es（N/mm2）
HPB235
8~20
235
201
2.1×105
HRB335
6~50
335
300
2.0×105
HRB400
6~50
400
360
2.0×105
3.2.3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
1.5
3.0（隔墙）
电梯大堂
找平层连饰面+吊顶
1.5
3.5
不上人屋顶
找平层连饰面+隔热防水层
3.6
0.50
上人屋顶
找平层连饰面+隔热防水层
3.6
2.0
银行
找平层连饰面+吊顶+设备
2.0
3.0（隔墙）
通风机房
找平层连饰面+吊顶
1.5
7.0
电梯（升降机房）
找平层连饰面+吊顶
1.5
7.0
配电室
找平层连饰面+吊顶
1.5
7.0
车库
找平层连饰面+设备
1.8
4.0
汽车大堂
找平层连饰面+吊顶
3.5
4.0
首层大堂
找平层连饰面+吊顶
3.5
3.5
洗手间
找平层连饰面+吊顶
1.5
2.5
走廊
找平层连饰面+吊顶
1.5
2.5
储藏室/垃圾房
找平层连饰面
1.5
2.5
避难层
找平层连饰面+吊顶
2.0
10.0
3.4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》（GB50011-2001，2008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αmax
0.08
0.079
0.23
0.267
0.50
0.562
特征周期Tg（s）
0.35
0.31
0.35
0.38
0.35
0.45
阻尼比
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
加速度峰值（cm/s2）
35
34.6
100
118.5
220
245.2
γ曲线下降段衰减指数
0.9
1.06
0.9
1.01
0.9
0.92
βm动力系数最大值
2.25
2.25
2.25
2.25
2.25
2.25
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
1.35
1.0
0.7×1.4
0.0
——
2
恒+活
1.2
1.0
1.4
0.0
——
3
恒+活+风
1.2
1.0
0.7×1.4
0.0
1.0×1.4
4
恒+活+风
1.2
1.0
1.0×1.4
0.0
5
恒+活+水平地震
1.2
1.0
0.5×1.2
0.5
6
恒+活+风+水平地震
1.2
1.0
0.5×1.2
0.5
3.9验算要求
3.9.1正常使用极限状态
Sd≤C
式中，Sd——荷载效应设计值（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：
Lo<7m时，≤1/200;
7≤Lo≤9m时，≤1/250；
Lo>9m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：
γ0S≤R
式中，γ0——结构重要性系数，本工程γ0=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：
γRES≤R
式中，γRE——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3.6γRE取值
材料
结构构件
受力状态
γRE
钢
柱、梁
节点板件、连接螺栓
连接焊缝
0.75
0.85
0.90
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
0.75
0.75
0.80
0.85
0.85
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
0.75
0.80
0.85
0.85
0.85
0.90
4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45.67~46.20m，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
0.7~3.7
中砂
180
9.5
0.4~3.9
20
1中砂
90
6.0
0.6~3.3
7
砾砂
300
21.2
1.0~5.4
45
圆砾
450
32.2
1.0~5.8
55
砾砂
480
29.1
0.9~3.9
70
圆砾
550
35.0
1.7~6.5
75
1砾砂
480
29.1
1.0~2.8
70
1中砂
300
17.0
1.3
27
粉质粘土
180
5.0
（压缩模量）
0.40~2.20
30
1细砂
210
14.1
1.1~2.8
18
圆砾
600
32.2
2.8~6.8
67
1砾砂
500
26.3
1.4
65
砾砂
600
30.4
1.1~7.0
2800
65
1圆砾
600
32.2
2.1
3050
70
圆砾
600
32.0
8.8~16.7
3050
67
泥质砾岩
400
30.2
2500
65
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17.10m~17.60m，静水位高程为28.46m~27.70m，未降水前，地下水位一般埋深为6.00m~8.00m。
地下水位季节性变幅在1.0m--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46.00m，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15.19x10≈152kPa，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179.9m，基础埋深21.19m，满足规范大于塔楼高度1/18的要求。
地下室共6层，地下2~6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5.1。
标准层建筑平面尺寸为40.8mX55.5m，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
1400×1800（型钢）
1400×1600（型钢）
800×500
450×850
300×700
地上1~地上5
800/600
1400×1800（型钢）
1400×1600（型钢）
600×750
500×850
350×650
地上6~地上10
800/600、800/500
1400×1600（型钢）
1400×1600（型钢）
500×850
600×750
350×650
地上11~地上16
700/500
1400×1600（型钢）
1400×1400（型钢）
600×750
500×750
350×650
地上17~地上24
600/500、600/400
1400×1400（型钢）
1300×1300（型钢）
600×750
500×750
350×650
地上25~地上36
500/400、500/300
1400×1400（型钢）
1300×1300
1200×1200
600×750
500×750
350×650
地上37~地上44
400/300
1100×1100
1000×1000
800×800
600×750
400×750
350×650
地上45~顶层
300/300
800×800
350×650
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⑧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,塔楼内筒下的最大沉降为31.00mm。
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（179.9m>130m，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，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
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