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平安金融中心结构设计(二)

3. 荷载作用

3.1 重力荷载

结构自重包括楼板、梁、柱、墙重量,按各自容重由程序计算。办公区考虑吊顶、架空地板、管线等做法恒荷载取1.6kN/m2,活荷载考虑隔墙及高端办公需要取4.5kN/m2,外墙考虑幕墙,附加恒载取1.5 kN/m2。其他部分根据建筑做法和使用功能取相应荷载。

3.2 风荷载

地貌类型取C类。考虑建筑物超高及重要性,基本风压取0.9 KN/ m2,重现期为100年。风荷载体型系数按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)第3.2.5条取1.4,高度系数、风振系数按照规范取值。同时在加拿大RWDI风洞试验室进行了测压、测力风洞试验研究。风洞试验结果和中国规范计算值对比见下表。结果表明,单方向规范标准计算值略高于风洞试验结果。考虑顺风向、横风向及扭转三向组合后,风洞试验结果略高于规范值。设计采用风洞试验结果。

RWDI风洞试验结果表明,10年重现期塔楼顶部风振加速度为0.109m/s2,满足舒适度要求;考虑10年重现期台风顶部风振加速度为0.259m/s2,超出舒适度要求,设计拟加装TMD(调质阻尼器)来控制和减小塔楼的风振加速度。

3.3 地震作用

本工程所处地区场地类别Ⅲ类,小震反应谱曲线大于6s衰减段按规范规定延伸取值,中大震反应谱曲线大于6s衰减段偏安全取平。多遇地震水平峰值加速度为35gal,罕遇地震水平峰值加速度为220gal。X,Y,Z三向地震作用效应组合系数为1:0.85:0.65。反应谱参数及其曲线如下表和下图所示,其中各地震作用水准下考虑了填充墙刚度影响周期折减。

地震作用水准

阻尼比ξ

地震影响系数最大值

αmax

特征周期Tg/s

周期折减系数

多遇地震

0.035

0.09

0.45

0.85

设防烈度地震

0.04

0.248

0.45

0.9

罕遇地震

0.05

0.5

0.5

1.0

3.4 荷载效应组合

考虑恒荷载、活荷载、风荷载(包括横风向风振)、地震作用(包括三向地震及单向偶然偏心)等各种效应组合,共计129种。

其中:

  1. 小震反应谱抗震组合时考虑承载力抗震调整系数YRE

  2. 核心筒底部加强区内力调整;

  3. 载力计算中考虑外框架小震作用效应放大系数;

  4. 横风向风振采用三向同时输入,均方根法效应组合;

  5. 中震弹性:考虑荷载分项系数,材料取设计强度,考虑承载力抗震调整系数YRE

  6. 中震不屈服:荷载分项系数为1,材料取标准强度,承载力抗震调整系数为YRE=1

  7. 中震基本弹性:荷载分项系数为1,材料取标准强度,考虑承载力抗震调整系数YRE

4. 整体结构性能[1,3,4]

结构计算主要采用ETABS9.2.0软件,其中梁、普通柱采用杆单元,楼板、墙体及巨柱采用壳单元。

4.1 模态分析

第1,2阶为结构45°方向平动主振型,第3阶为扭转主振型,第15阶为竖向主振型,第1扭转周期/第1平动周期=3.380/8.530=0.396<0.85,满足规范的要求。

4.2 刚重比

塔楼沿高度方向逐渐内缩,下部大上部小,更多的质量集中在塔楼的下半部分,考虑下重上轻的因素后,整体结构折算刚重比如下表。

楼层

方向

EJ/kN/m2

G/kN

EJ/GH2

STORY1

X

3.33E+12

6592E+06

1.75

STORY1

Y

3.31E+12

6592E+06

1.74

其中G=1.2恒载+1.4活载,为重力荷载设计值,如上表可见刚重大于1.4,小于2.7,因此结构整体稳定性满足要求,但需考虑重力二阶效应影响。

4.3 最大层间位移角及顶点位移

4.4 小震反应谱作用剪重比

剪重比=本层剪力/本层及本层以上总重力荷载代表值,如图所示。底部楼层剪重比1.02%,少数楼层的剪重比略小于1.2%,满足规范的要求。

4.5 小震反应谱作用内筒外框结构剪力分配

小震反应谱作用下内筒外框结构楼层剪力分配如下图所示。剪力分布突变处为带状桁架及伸臂楼层;层35以下,巨柱向内侧倾斜,外筒承担剪力约占同层总剪力的50%;层35~95巨柱竖直,外筒承担剪力约占同层总剪力的15%,占基底总剪力7%~10%;95层以上巨柱向内侧倾斜,外筒承担剪力约占同层总剪力21%。

4.6 小震反应谱作用内筒外框结构倾覆弯矩分配

小震反应谱作用下内筒外框结构楼层倾覆弯矩分配如下图所示。外框结构承担的倾覆弯矩占总倾覆弯矩的70%。

4.7 抗震性能指标

地震作用

多遇地震

设防烈度地震

罕遇地震

最大层间位移角

1/500

1/200

1/120

核心筒墙

弹性

基本处于弹性状态

允许进入塑性,底部加强区满足大震下抗剪截面控制条件

连梁

弹性

允许进入塑性

允许进入塑性,最大塑性角小于1/50

巨柱

弹性

基本处于弹性状态

允许进入塑性,钢筋应力可超过屈服强度,但不能超过极限强度

巨型支撑

弹性

中震弹性

不进入塑性,钢材应力不可超过屈服强度

周边桁架

弹性

中震弹性

不进入塑性,钢材应力不可超过屈服强度

伸臂桁架

弹性

中震不屈服

允许进入塑性,钢材应力可超过屈服强度,但不能超过极限强度

塔尖钢结构

弹性

中震弹性

允许进入塑性,钢材应力可超过屈服强度,但不能超过极限强度

其他构件

弹性

中震不屈服

允许部分进入塑性

节点

中震保持弹性,大震不屈服

内筒底部轴压比0.5;巨柱底部轴压比0.61,小震组合下无拉力出现。工程主要由风荷载组合和中震作用组合控制,伸臂弦杆最大应力水平0.85fy,腹杆最大应力水平0.72fy;空间带状桁架外桁架弦杆最大应力水平0.43fy,腹杆最大应力水平0.69fy,内桁架弦杆最大应力水平0.78fy,腹杆最大应力水平0.54fy。角桁架弦杆最大应力水平0.70fy,腹杆最大应力水平0.29fy;巨型钢斜撑最大应力水平0.82fy。

对工程进行动力弹塑性分析的结果表明[2],部分连梁出现损伤;核心筒剪力墙的受压损伤主要表现在:内腹墙出现纵向受压损伤带、层95与伸臂桁架相连的4个角部剪力墙局部损伤、层81核心筒收进位置局部损伤等几种典型情况,核心筒翼墙没有出现明显受压损伤;巨柱混凝土在转折位置及与伸臂桁架连接位置出现局部开裂,型钢未屈服;伸臂桁架、周边桁架及巨型支撑均不屈服。

(未完待续)


转自:CCDI高成结构-公众号

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