超限结构时程分析与中震分析

●房建工程.超限结构时程分析与中震分析杨明杰(中铁十六局集团北京建筑工程设计有限公司北京100018)摘要超限结构建筑体型复杂、高度较高、平面不规则、刚度突变、竖向抗侧力构件间断、承载力突变等多种因素,需确定合理的抗震性能目标。本文结合诺金饭店项目,重点解析时程分析与中震设计等性能目标，明确相关概念设计,列举具体计算分析方法及构造措施,在规范的基础上加以理解运用。关键词超限结构 时程分析 中震设计 .中图分类号TU973. 31文献标识码A文章编号1009-4539 (2016) 07 -0103 -03.Analysis of Overrun Structural Time-history and Middle SeismYang Mingjie( China Railway 16h Bureau Group Beijing Arhitectural Engineering Design Co. Ltd. ，Beiing 100018, China)Abstract It was necessary to confirm reasonable anti-seismic performance targets for the overrun structure due to a varietyof factors such as the complicated shape of the building, high altitude ，irregular plane，stiffness mutation, discontinuouscomponent of vertical lateral force and mutation of bearing capacity. This paper, combined with NUO Hotel Project, mainlyanalyzed the time-history analysis and middle seismic design of performance goals , made clear the related concept design,and listed the specific calculation method and construction measures. Moreover, it was understood and applied on the basisof the speeification.Key words overrun structure ; time-history analysis ; middle seismic design(以下简称《抗规》) .《高层建筑混凝土结构技术规1引言时代的发展，满足人们日常文化、交流、业余生活程》[2]及《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技等超高建筑不断应运而生。这类建筑基本都突破规术要点》[3],判断是否为超限结范的规定,形成超限结构。超限结构建筑因体型复构。以诺金饭店为例,主体采用杂高度较高、平面不规则、刚度突变、竖向抗侧力构钢筋混凝土框架一剪力墙结构件间断、承载力突变等因素,设计时有很大难度,需多体系,整体模型见图1。有以下条件分析、合理判断,采取适当加强措施,尤其在高烈不规则问题[4] ,属于超限高层建度地区更为显著。超限结构建筑又因其突破现行规筑结构，需进行超高超限结构抗范规定,没有衡量标准,确定合理适度的抗震性能目震性能化设计:标尤为重要。要根据建筑的超限程度,采取概念设(1)平面及竖向的不规则性,计、计算措施及构造措施,并进行中震设计与时程分结构高度为98.39 m(大于90 m),析等性能目标,后者也是本文的重点解析。属中国煤化工水图1整体空间模型2结构超限判定MHCNMHG平位移与次馁)层位够平均值的比值大于1.2,属于一般建筑应根据《建筑抗震设计规范》18-10扭转不规则;收稿日期:2016-04 -07(3)主平面凹进尺寸占主体平均宽度的35%，铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016(07)103●房建工程.属于凹凸不规则;表1地震波的最大加速度值 Ama;和持续时 间等参数(4)F3层局部墙体与上下层不连续,属于竖向适宜地震波Ama/持续时波的数|有效持续时间步范围编号(e.s-2)| 间/s值个数时间/s 长/s构件上下不连续。多遇地RDX1(User1)| 703(1 50028. 420.02针对具体的超限情况,力求结构沿竖向的布置震人工RDYI(User1)| 6(30I 50025.82规则、均匀,尽可能使结构竖向和水平向荷载传力地震波RDZI( User1)_ 46 _30| 1 50026.26| 0. 02| TDX3( User2)| 740.00 200037.48明确直接[5] ;提高关键构件抗震等级,部分构件进多遇地.| TDY3(User2)| 60| 40.00 200034.24| 0.02行中震分析设计;同时进行多遇地震下的弹性反应震天然| TDZ3( User2)4640.00 2 00039. 50| TDX5(User3)| 70| 49. 86| 2 49339. 80[ 0.02谱分析和弹性时程分析。| TDY5( User3)60| 70.64| 353260.56TDZ5( User3)4632.90164522.56| 0. 023结构时程分析注: 有效持续时间指从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止的时间段。《抗规)》[1]31-47及《复杂高层结构设计》[6]规定,3.1结构地震 动参数判断特别不规则的建筑应采用时程分析法进行多遇地.本项目抗震设防烈度为8度,建筑场地为II类,震下的补充验算。据此相应的地震波,进行了多遇特征周期为0.45s,水平地震影响系数最大值为地震作用下的弹性时程分析。所选地震波及其参0.16;“安评报告”(北京市工程建设场地地震安全数见表1,各地震波加速度反应谱与规范谱比较及性评价管理办法的规定)结论,场地特征周期为各地震波加速度时程曲线见图2(以人工波User10.42 s,水平地震影响系数最大值为0.18。应先判中X、Y方向为例)。断各地震动参数按什么标准采用。0.18根据“安评报告”地震影响系数a(r) =Ams x-规范谱-人工波谱B(r)/980,B(r) =B(T:/T)y(Tg 0.1X向剪力Y向剪力经SATWE计算,M,= 1692.9 kN●m;V, =23 84024 866User2Vg/(O. 65V,)1.201.21104.2 kN;N=17 818 kN。(天然波)V。/V。0.780.79λ, =M,/(V,ho) =1 692.9 x 106/(104.2 x 103Vo26 29629 705User3x1 165) =13.9>3,取λ,=3Vg/(0. 65V。)1.33 .1.45_0. 860.940.3f.A。=0.3x27.5x1 200x1 200=11 880 kN_Vo25 65527 298<17 818 kN,取N=11 880 kN平均值V。Vo/(0.8V,)1.051.08O.16反应谱V。30 49831 488γε°λ +1.5fobho +0.8f;,"=ho +9058f.1.hw +4中震分析与设计0.056 N] = 1/0.85 x[0.16/(3 + 1.5) x27.5 x1 200x1 165 +0.8x360x(2x11.3/100) x1 165项目有局部墙体转换,对转换层层框支梁及框+(0.58/3) x295 x30 x900 +0. 056 x 11 880 x支柱、与框支部分相邻落地剪力墙进行中震设计。1 000] =5091.88 kN> V,经过分析,竖向构件配筋结果很大,采取了竖综合以上结果,该框支柱中震设计配筋满足抗向内加型钢、转换梁内加型钢等措施[7-8]，达到中震剪承载力要求。的抗震性能目标。以框支柱抗剪承载力为例,复核5小结计算如下:经SATWE计算,3层,X方向地震前力为28 648 kN,复杂高层建筑，应采取相应概念设计、计算措Y方向地震剪力为29 407 kN;底部剪力,X方向地施及构造措施,选取合理性能目标、适当加强措施，震剪力为30 498 kN,Y方向地震剪力为31 488 kN。使结构方案可行。同时也需要大量的计算、分析、转换层面积为1926 m2 ,框支柱从属面积为:(9 +比较判断等重复工作，其科学缜密性毋庸置疑。4.5 +18) x7.1 =223. 65 m2结构的中震设计与时程分析是大多数超限建筑的按X方向从属面积计算框支柱剪力: .抗震性能目标,结构越复杂,目标要求越高,更不限V、=223.65/1926x28648=3326.65kN于弹性阶段的分析。按Y方向从属面积计算框支柱剪力:参考文献V.=223.65/1926x29407=3414.78kN.按结构基底剪力的3%计算X方向框支柱剪力:[1] 中国建筑科学研究院. GB 50011 -2010 建筑抗震设V。= 0.03 x30498 = 914. 94 kN计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.按结构基底剪力的3%计算Y方向框支柱剪力:[2]中国建筑科学研究院.JGJ3-2010高层建筑混凝.V。=0.03 x31 488 = 944. 64 kN土结构技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,故框支柱地震剪力按从属面积的地震剪力计2010: 25 -54.算,即:V、=3326. 65 kN;V, =3 414.78 kN。[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建质[2015]67根据《型钢混凝土组合结构技术规程》[9]第及号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[ S/0L]. http: // www. mohurd. gov. cn/ zcfg/jsbwj_ 0/js-《混凝土结构技术规程》[10]、《混凝土结构计算手bwjgczl/201505/t20150528_ 220992. html.册》"进行复核,框支柱截面1 200 mmx1 200 mm,[4]杨明杰.诺金饭店超限结构设计[J].工程建设与设砼强度等级C60,箍筋采用HRB400级12@ 100(2)。计,2015(6) :28 -30.以Y方向为例计算:[5]中国煤化工[J].铁道建筑技术,2012(0. 36fbho)=osx0.36 x27.5 x1 200 xHCNMHGYRE0.85[6徐培福、复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建1 165=16 282.5 kN> V,筑工业出版社,2005:20 -35.ftwh.w/(f.bhg) = (295 x30 x 900)/(27.5 x(下转第109页)铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016(07)105●房建工程●可能会造成业主工期滞后的罚款392.05万元。总现结构封顶、降低工程施工成本、提高安全性等方体费用为579.7万元。面带来了良好的效益。同时基于该技术的使用,获而采用可倾斜集成式操作平台在同样的时间得国家知识产权局授予的“一种集成架提升过程中内,总体费用为270万元。的角度调整装置"实用新型专利(专利号:ZL 2014 2采用可倾斜集成式升降操作平台可节省施工0507129. 7)和“一种集成架提升过程中的角度调整成本约281.75万元，经济效益显著。装置及施工方法”发明专利(专利号:ZL 2014 14.2社会 效益0447141. 8) ,这在异性结构超高层施工时具有极高(1)该平台作为高层建筑施工外围护脚手架工的推广价值。程的成套设备,机械化和设备工具化得以体现,处参考文献于国内领先水平[12] ;该技术获得国家实用新型专利及发明专利。[1]白朋飞,许华斌,高波.悦公馆4#、5#楼工程圆简包裹(2)对超高层建筑,尤其是外轮廓为变化曲面十字形盘扣直插式梁板支撑架施工技术[J].低碳世界, 2014(22) :250 -251.结构或斜面结构工程,可倾斜集成式升降操作平台[2]董璇.导轨式附着升降脚手架在高层建筑施工中的应更能发挥保安全、促进度的整体效果。用[J].铁道建筑技术, 2007(S1): 197- 198.5结束语[3]王大庆. 关于集成式升降操作平台的使用和优点[J].城市建筑, 2013(18):188.可倾斜集成式升降操作平台作为导轨式爬架[4] 赵雨军.整体提升脚手架施工技术[J].铁道建筑技的- -种类型，与传统集成式升降操作平台技术相术,2001(4): 50-51.比,其主要特点如下:在结构外轮廓线为逐层均匀[5]张海军,李静,李明洋。超高层施工升降平台(折叠式内收,结构外形不规则,集成式操作平台无法垂直升降脚手架)施工技术[J].城市建设理论研究:电子版，2013(20).提升的情况下,利用简单工具完成架体整体垂直角[6]王鹏.高层施工升降平台在超高层中的应用[J].城度调整,一-次角度调整后,架体可沿此角度爬升至市建设理论研究:电子版, 2013(16).顶,无需进行架体的拆除及重新安装定位。可大大[7]陈勇辉,杨新茂,李奇强.高层建筑施工智能防护架施节省施工时间,同时降低了安全风险。造价方面,工技术[J].建筑工程技术与设计, 2014(30) :24.可倾斜集成式升降操作平台整体费用虽然比传统[8]陶燕，陈耀钢.全集成升降式外脚手架在超高层建筑升降操作平台费用高,但安全系数明显增加,尤其施工中的应用[J].建筑施工, 2013(2):131 - 133.是斜爬方式的处理,大大降低了拆装造价和降低了[9]解巍，谢成龙,李晓琼,等.新型可遥控外爬架在超高层公寓楼施工中的应用[J].施工技术, 2012(23) :97 - 101.管理费支出。在燕翔饭店改扩建项目超高层写字楼施工中,[10]张富卷.智能折叠分片式爬架施工控制[J].山西建筑，2012(17):116-118.采用集成式升降操作平台方案,并在- -般集成式升赵金先,李龙,刘敏,等.高层施工升降平台安全施工降操作平台上结合项目结构特点,进行了倾斜升降控制措施的探讨[J].建筑安全,2014(4):12- 16.结构的深化设计,成功实现了超高层建筑中异形部[12] 蒋小青.建筑升降式脚手架施工技术工艺要点分析位集成式升降操作平台的整体运行,为项目按期实[J].建筑工程技术与设计, 2014( 14) :965 - 965.(上接第105 页)[9] 中国建筑科学研究院JGJ 138 -2001 型钢混凝土组合结[7]李飞前.地震作用下RC框剪结构剪力墙和框架柱的中国煤化工克工业出版,002.30 -32.曲率延性与结构层间位移延性关系[J].铁道建筑技[1(.MCHCNMHG:0010-2010 混凝土结构术,2014(9):134- 138.规范[S]."中国建筑工业出版社,2010:34 -42.[8] 尹华钢,李志强,刘晓华,等.北京新保利大厦结构抗 [11] 吴德安.混凝土结构计算手册[M].北京:中国建筑震设计[J].建筑结构,2007(4);1 -5.工业出版社, 2002:241 -245.铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016(07)109