资源描述
爵士大厦超限高层建筑工程抗震设防专项审查可行性报告
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一、 工程概况
本工程“爵士大厦”位于深圳原体育场，占地8376平方米。总建筑面积9.32万平方米。地下室1.77万平方米，地上部分7.55万平方米。地下3层，用作停车库及设备用房。主体结构地上27层，高99.5米，单塔结构。一～六层是裙房，高度为29.7m，裙房部分形状近似矩形，结构采用框架－剪力墙结构，一层为商场、银行，层高5.5m；二层～四层为商场，层高4.6m；五层为餐厅、用作商场、银行、餐厅、健身房、舞厅等用途。六层为健身房，平面收进部分屋顶设一露天游泳池。七层～二十七层为公寓式住宅，层高为：3.3m，平面形状变为槽型，结构采用板柱－剪力墙结构，标高为29.7-99.5m。二十层处槽型左翼收拢，平面变为L型，二十一层处槽型右翼收拢，平面变为近似橄榄型。板柱－剪力墙结构部分的高宽比为2.91。全楼设4个钢砼核心筒,作为主要抗侧力结构。地下室顶板采用梁板结构，板厚150mm，底板采用无梁底板结构，厚500mm，基础采用人工挖孔桩。
二、 设计依据
1.自然条件：
（1） 基本风压：ω0＝0.75kN/m2（变形计算）
ω0＝0.90kN/m2（内力计算）
（2） 地震烈度：7度
（3） 场地类别：II类
（4） 结构设计安全等级为二级，抗震设防类别为丙类。
（5） 其他地质资料依据由深圳地质勘探开发公司提供的《深圳基泰投资有限公司嘉宾广场工程地质勘察报告》
2. 国家现行规范、行业标准和地区标准。
三、 超限部位介绍
依据根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002 补充规定》、深圳市规划与国土资源局文件《关于超限高层建筑工程抗震设防审查管理工作有关情况的通知》存在以下超限问题：
1. 主体结构一～六层采用框架－剪力墙结构，七～二十七层采用板柱－剪力墙体系，主体结构高度为99.5m，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）中4.2.2规定的A级高度。规范对于板柱－剪力墙的B级高度没有做相关规定。
2.侧向刚度不规则：结构第六层为薄弱层，其刚度变化较大。本层塔X、Y向侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者Ratx1=1.0020，Raty1=0.9372。
3.扭转不规则：在考虑地震X＋5％偶然偏心作用时，结构2～15层最大位移与层平均位移的比值>1.4，结构扭转不规则。
4.六层以下为框架－剪力墙结构；七层以上为板柱剪力墙结构。
四、 可行性论证
板柱－剪力墙结构可提高楼层净高，避免室内高梁的出现，有效地降低结构层高，如果采取合理的结构布置和计算模型，可在保证结构安全的前提下，充分发挥这种结构的优越性。为验证结构的可靠性，本工程采用SETWE和ETABS两种不同计算模型的计算分析程序进行计算分析。在对结构进行弹性时程分析基础上，进一步对结构进行了PUSHOVER分析，对结构在大震作用下的可能屈服和倒塌进行分析。
结构分析的过程及主要结果如下表
25
材料：
钢筋、钢：钢筋采用1级钢和2级钢，钢材采用3号钢A3F，焊条采用E43。
混凝土等级：
层位
部位
柱
剪力墙
梁、板
楼梯、过梁、圈梁、构造柱
一般
特殊
柱号
等级
1～6层
C40
KZ1
C60
C40
C30
C20
7～10层
C40
KZ1
C60
C40
C30
C20
11～13层
C40
KZ1
C50
C40
C30
C20
14～17层
C30
KZ1
C40
C30
C30
C20
18～26层
C30
C30
C30
C20
注：当墙、柱混凝土等级高于梁板时，节点区（每边再扩大500）的混凝土强度等级应与墙柱相同。
设计荷载及特殊荷载（kN/m2）：
序号
荷载类别
使用荷载标准值（kN/m2）
分项系数
准永久系数
1
上人屋面
2.0
1.4
0.4
2
不上人屋面
0.7
1.4
0.0
3
玻璃顶
0.3
1.4
0.0
4
停车库、车道
4.0
1.3
0.6
5
室外消防车道
15.0
1.3
0.6
6
室外停车场
15.0
1.3
0.6
7
大堂
3.5
1.4
0.5
8
商场
3.5
1.4
0.5
9
多功能厅
3.5
1.4
0.5
10
办公室
2.0
1.4
0.5
11
卫生间
2..5
1.4
0.4
12
阳台
2.5
1.4
0.5
13
空调机房、电梯机房
7.0
1.3
0.6
14
发电机房、冷冻机房
10.0
1.3
0.6
15
楼梯、走道
2.5
1.4
0.4
16
基本风压
0.75变形计算
0.9 内力计算
SETWE计算模型、计算结果及结果分析
1. 主要结构计算参数设置
主要参数
取 值
结构材料信息
钢砼结构
水平力夹角
ARF = 0.00
风荷载作用分析信息
计算X,Y两个方向的风荷载
地震作用分析信息
计算X,Y两个方向的地震力
竖向荷载计算信息
按模拟施工加荷计算方式
恒活载分开信息
恒活载分开计算
结构类型
复杂高层结构
基本风压
0.75（用于变形计算）、0.90（用于强度计算）
地面粗糙度
B 类
风载体形系数
1.3
地震烈度
7度
场地土类别
Ⅱ类
设计地震分区
一组
计算振型数
30
周期折减系数
0.9
活荷载折减系数
0.50
地震作用及效应组合
振型分解反应谱法（CQC法）
楼板模型
弹性模型
时程
分析
选用地震波
Elcentro波 Taft波 场地人工波
地面运动最大加速度
35gal
结构阻尼比
0.05
2. 计算结果及结果分析
a 结构周期与振型（振型曲线）
振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 2.7355 62.43 0.89 ( 0.19+0.69 ) 0.11
2 2.4290 138.71 0.73 ( 0.42+0.31 ) 0.27
3 1.5267 179.75 0.40 ( 0.39+0.01 ) 0.60
4 0.7997 88.33 0.99 ( 0.00+0.99 ) 0.01
5 0.7215 177.11 0.51 ( 0.51+0.00 ) 0.49
6 0.4414 0.04 0.49 ( 0.48+0.01 ) 0.51
7 0.4015 97.68 0.95 ( 0.02+0.93 ) 0.05
8 0.3634 25.55 0.35 ( 0.29+0.07 ) 0.65
9 0.2523 178.38 0.68 ( 0.67+0.00 ) 0.32
10 0.2391 92.75 0.99 ( 0.01+0.98 ) 0.01
11 0.2215 13.01 0.34 ( 0.31+0.02 ) 0.66
12 0.1628 92.85 0.99 ( 0.01+0.98 ) 0.01
13 0.1537 0.64 0.57 ( 0.56+0.01 ) 0.43
14 0.1527 6.63 0.49 ( 0.47+0.02 ) 0.51
15 0.1229 99.68 0.92 ( 0.03+0.89 ) 0.08
16 0.1160 28.75 0.46 ( 0.36+0.10 ) 0.54
17 0.1056 179.23 0.63 ( 0.62+0.01 ) 0.37
18 0.0981 101.48 0.90 ( 0.04+0.86 ) 0.10
19 0.0948 31.44 0.10 ( 0.07+0.03 ) 0.90
20 0.0920 28.34 0.43 ( 0.34+0.09 ) 0.57
21 0.0834 3.77 0.54 ( 0.45+0.09 ) 0.46
22 0.0824 172.42 0.10 ( 0.09+0.02 ) 0.90
23 0.0806 99.31 0.89 ( 0.04+0.85 ) 0.11
24 0.0769 17.61 0.46 ( 0.42+0.05 ) 0.54
25 0.0694 170.60 0.59 ( 0.54+0.05 ) 0.41
26 0.0694 87.00 0.84 ( 0.01+0.83 ) 0.16
27 0.0688 62.03 0.01 ( 0.00+0.01 ) 0.99
28 0.0683 110.38 0.04 ( 0.01+0.03 ) 0.96
29 0.0671 14.89 0.01 ( 0.01+0.00 ) 0.99
30 0.0669 177.24 0.39 ( 0.38+0.01 ) 0.61
本结构前九阶振型中，第二、五、九振型为对应的X方向的平动振型，第一、四、七阶为Y方向的平动振型，第三、六、八阶振型为扭转振型。
Tt/T1=1.5267/ 2.7355=0.5581 <0.85
满足规范要求
结构振型图见下表
结构前六阶振型图
Mode1
Mode2
Mode3
Mode4
Mode5
Mode6
b各层地震剪力与其上各层总重力荷载代表值的比值
Floor Vx 剪重比 Vy 剪重比
(kN) (kN)
27 1436.92 6.99% 1785.70 8.68%
26 2508.46 6.35% 3002.22 7.60%
25 3360.10 5.75% 3884.05 6.65%
24 4016.71 5.19% 4506.25 5.83%
23 4499.83 4.67% 4937.86 5.13%
22 4822.51 4.19% 5230.05 4.54%
21 5159.34 3.52% 5599.91 3.82%
20 5409.00 3.04% 5957.69 3.35%
19 5722.50 2.32% 6466.12 2.94%
18 6059.83 2.13% 6968.58 2.67%
17 6430.66 1.98% 7474.30 2.48%
16 6809.76 1.97% 7959.72 2.32%
15 7178.27 1.87% 8414.04 2.19%
14 7527.24 1.77% 8833.90 2.08%
13 7860.75 1.69% 9216.23 1.98%
12 8563.17 1.62% 9565.75 1.89%
11 8563.17 1.56% 9892.84 1.80%
10 8969.97 1.52% 10210.18 1.73%
9 9421.10 1.50% 10529.55 1.67%
8 9908.76 1.48% 10867.95 1.62%
7 10424.75 1.46% 11241.33 1.58%
6 11316.70 1.46% 11945.38 1.54%
5 12420.31 1.47% 12806.58 1.52%
4 13488.89 1.49% 13692.98 1.51%
3 14505.23 1.50% 14557.26 1.51%
2 15351.49 1.49% 15305.59 1.49%
1 15899.69 1.45% 15818.33 1.44%
==========各楼层地震剪力系数调整情况 [抗震规范(5.2.5)验算]==========
层号 X向调整系数 Y向调整系数
1 1.105 1.110 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
2 1.072 1.075 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
3 1.067 1.063 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
4 1.074 1.058 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
5 1.086 1.054 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
6 1.094 1.036 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
7 1.093 1.014 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
8 1.084 1.000 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
9 1.070 1.000 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
10 1.051 1.000 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
11 1.024 1.000 :本层地震剪力不满足抗震规范 (5.2.5),已作调整
12 1.000 1.000
13 1.000 1.000
14 1.000 1.000
15 1.000 1.000
16 1.000 1.000
17 1.000 1.000
18 1.000 1.000
19 1.000 1.000
20 1.000 1.000
21 1.000 1.000
22 1.000 1.000
23 1.000 1.000
24 1.000 1.000
25 1.000 1.000
26 1.000 1.000
27 1.000 1.000
结果分析
抗震规范(5.2.5)条要求的楼层最小剪重比 = 1.60%
本结构做结构地震剪力调整之后剪重比符合规范要求。
c地震、风作用下的最大层间位移角、框架柱轴压比、基底剪力
X
Y
最大层间位移
地震作用
最大层间位移（mm）
1.87
3.37
最大层间位移/层高
1/1762
1/1187
位置
21
18,19
最大位移/层平均位移
1.45
4,5层
1.25
13-19层
风荷载作用
最大层间位移（mm）
1.06
2.47
最大层间位移/层高
1/3119
1/1333
位置
16
18
最大位移/层平均位移
1.48
4,5层
1.06
17-19层
框架柱
轴压比
Nmax
0.78
Nmin
0.06
结构总重力
（kN）
109763.453
地震作用下的基底剪力（kN）
15899.69
15818.33
结果分析
抗震规范4.6.3规定，框架－剪力墙、板柱－剪力墙结构按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δu/h<1/800，地震作用和风荷载作用下的层间位移角都满足规范要求。
抗震规范4.3.5规定，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，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。
高层规范6.4.2要求抗震等级为一级的框架－剪力墙结构和板柱－剪力墙结构，框架柱轴压比不超过0.75。本结构中有部分柱超过限值。
附1层、7层平面构件图。
d 弹性时程分析结果
X向
Y向
地震力放大系数
场地人工波
1.05
1.15
Elcentro波
1.05
1.15
Taft波
1.05
1.15
最大层间位移
最大层间位移（mm）
场地人工波
1.45
1.57
Elcentro波
2.59
3.57
Taft波
1.82
2.56
最大层间位移/层高
场地人工波
1/2276
1/2101
Elcentro波
1/1274
1/ 924
Taft波
1/1809
1/1286
位置
场地人工波
24
24
Elcentro波
21
23
Taft波
21
24
地震剪力
Elcentro波
15659
10639
Taft波
27093
19232
场地人工波
13399
19136
平均值
18717
16336
反应谱法
16696
16621
结果分析
高层规范4.6.3规定，框架－剪力墙、板柱－剪力墙结构按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δu/h<1/800，地震作用和风荷载作用下的层间位移角都满足规范要求。
结构计算地震波为两条天然波（Elcentro波和Taft波）和一条人工波（RH4TG035），地震波加速度幅值为35gal。三条地震波作用下结构平均基底剪力平均值大于SATWE振型分解反应谱法的80％，各条波分别作用下的基底剪力值大于SATWE振型分解反应谱法的65％，满足高层规范的3.3.5条规定。
地震波曲线
Elcentro波
Taft波
RH4TG035
结构弹性时程分析结果曲线
X 方向最大楼层位移
Y 方向最大楼层位移
X 方向最大楼层间位移角曲线
Y 方向最大楼层间位移角曲线
X 方向最大楼层剪力曲线
Y 方向最大楼层剪力曲线
X 方向最大楼层弯矩曲线
Y 方向最大楼层弯矩曲线
e PushOver分析
1.程序介绍
PUSH（Elasto-Plastic Push Over Analysis）程序是中国建筑科学研究院开发的三维有限元空间弹塑性静力分析程序，是PKPM系列软件中的模块。程序的单元库包括梁柱元和剪力墙元两种非线形单元。梁柱单元等一维构件采用纤维束模拟，采用微观方法构造，单元切线刚度直接基于混凝土材料微元和钢筋材料微元的本构关系，这种模型被认为是一种较为精确的杆系有限元模型。同时，程序给出了直观的杆系单元端部塑性铰判断方法。PUSH程序将SATWE程序中使用的弹性墙单元进行了推广，考虑其弹塑性性质，使用弹塑性墙单元来模拟剪力墙。弹塑性墙元面内刚度也直接基于混凝土材料微元和钢筋材料微元的本构关系。由于墙元的面外刚度相对次要，程序用简化的弹塑性板元进行考虑。
混凝土材料的受压本构关系采用Saenz曲线模拟，并考虑了其中的下降段。程序忽略了混凝土的抗拉能力。钢筋的本构关系采用理想弹塑性模型，为了保证计算的稳定性，对流塑段也给予了一个微小的斜率。
程序使用范围：
1） 适用于多层或者高层建筑结构的静力弹塑性分析，分析对象可以是钢筋混凝土结构、钢结构、钢－混凝土混合结构。
2） 能考虑的结构构件包括梁、柱、支撑和剪力墙，不考虑楼板作用。
2. 分析方法
推覆分析沿着相互垂直的X、Y方向分两次进行，每个方向的加载过程分两大步，第一步先施加竖向的静力荷载，第二步是施加侧推荷载。静力荷载和侧推荷载均采用step－by－step的非线性分析。对于侧推荷载，程序只提供了倒三角和矩形两种荷载类型，本次分析采用了倒三角形荷载形式。
构件配筋直接读取SATWE的分析配筋结果。
材料的强度选取标准值。
杆件铰的判别条件为：截面刚度退化为初始截面刚度的20％时认为出现塑性铰。
常遇地震的地震影响系数取0.088，Tg＝0.35秒；罕遇地震的地震影响系数取0.605，Tg＝0.55秒（计算程序SATWE在做本结构分析对结构周期做0.9的折减，对结构地震影响系数有一定的影响，根据SATWE给出的计算公式做相应调整。本工程无安评报告，根据深圳市地区其他大部分相近工程的安评报告提供的数据，近似取值为Tg＝0.55s）。初始弹性状态下结构阻尼比为0.05，程序对需求谱曲线考虑附加阻尼折减，即考虑了结构弹塑性较大时阻尼比的增大。
3. 主要结果
两个方向推覆分析的最终状态汇总
X向
Y向
屋面质心处最大推覆位移S（mm）
1095
1363
屋面质心处最大位移时的基底剪力N1（kN）
100522
83364
最大基底剪力N1/结构自重G
0.0944
0.0792
罕遇地震下基底剪力N2
97459
78006
罕遇地震下基底剪力N2/结构自重G
0.0915
0.0741
PushOver分析模型及塑性铰分布
X 向推覆分析
罕遇地震X 向推覆分析塑性铰分布
X 向多遇地震下验算图
X 向罕遇地震下验算图
屋面Y向位移－荷载曲线
罕遇地震下各楼层X向位移分布
罕遇地震下各楼层X向位移角分布（1/1000rad）
结果分析
1. 在多遇地震作用下，结构的最大层间位移角为1/1469，符合高层规范4.6.3条框架－剪力墙、板柱－剪力墙层间最大位移与层高之比小于1/800的规定，可以认为结构在此时没有破坏。
2. 在罕遇地震作用下，结构的最大层间位移角为1/148，符合高层规范4.6.5条结构层间弹塑性位移角小于1/100的规定。此时结构的框架梁出现较大量的塑性铰，剪力墙也有部分开裂，但是多少柱子未出现塑性铰，损坏不严重，剪力墙屈服后，框架柱还能进一步抵抗地震作用，形成结构第二道抗震防线，防止结构倒塌。
3. 从罕遇地震作用下结构各层的位移和层间位移角分布可以看出，结构进入弹塑性阶段后的刚度分布较为合理，没有出现明显的薄弱层。
Y 向推覆分析
罕遇地震Y 向推覆分析塑性铰分布图
Y 向多遇地震下验算图
Y 向罕遇地震下验算图
屋面Y向位移－荷载曲线
罕遇地震下各楼层Y向位移分布
罕遇地震下各楼层Y向位移角分布（1/1000rad）
结果分析
1. 在多遇地震作用下，结构的最大层间位移角为1/1637，符合高层规范4.6.3条框架－剪力墙、板柱－剪力墙层间最大位移与层高之比小于1/800的规定，可以认为结构在此时没有破坏。
2. 在罕遇地震作用下，结构的最大层间位移角为1/114，符合高层规范4.6.5条结构层间弹塑性位移角小于1/100的规定。此时结构的框架梁出现较大量的塑性铰，剪力墙也有部分开裂，但是多少柱子未出现塑性铰，损坏不严重，剪力墙屈服后，框架柱还能进一步抵抗地震作用，形成结构第二道抗震防线，防止结构倒塌。
3. 从罕遇地震作用下结构各层的位移和层间位移角分布可以看出，结构进入弹塑性阶段后的刚度分布较为合理，没有出现明显的薄弱层。
二、ETABS计算模型、计算结果及结果分析
1. 主要结构计算参数设置
参数设置与PKPM程序相同。
2. 计算结果及结果分析
a 结构周期与振型
模态 周期 频率 圆周频率
(时间) (周期/时间) (弧度/时间)
振型 1 2.58910 0.38623 2.42362
振型 2 2.28310 0.43800 2.75095
振型 3 1.37787 0.72576 4.55870
振型 4 0.70554 1.41735 8.93231
振型 5 0.63346 1.57863 9.94721
振型 6 0.37393 2.67432 16.85652
振型 7 0.33589 2.97720 18.88503
振型 8 0.30044 3.32849 21.07907
振型 9 0.20267 4.93416 31.00226
振型 10 0.19018 5.25817 33.03807
振型 11 0.17651 5.66532 35.59623
振型 12 0.12716 7.86430 49.41286
振型 13 0.11963 8.35943 52.52383
振型 14 0.11831 8.45259 53.10920
振型 15 0.09535 10.48762 65.89566
振型 16 0.08815 11.34448 71.27945
振型 17 0.08151 12.26912 77.08916
振型 18 0.07478 13.37236 84.02102
振型 19 0.06919 14.45325 90.81245
振型 20 0.06321 15.81949 99.39681
振型 21 0.06050 16.52812 103.84921
振型 22 0.05749 17.39439 109.29221
振型 23 0.05356 18.66922 117.30216
振型 24 0.05344 18.71096 117.56445
振型 25 0.05339 18.73064 117.68805
振型 26 0.05337 18.73802 117.73446
振型 27 0.05335 18.74245 117.76226
振型 28 0.05192 19.25865 121.00568
振型 29
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