超限高层建筑工程抗震设防专项审查建设可行性研究报告.doc

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1一、 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：00.75kN/m2（变形计算） 00.90kN/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X5偶然偏心作用时，结构215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16层C40KZ1C60C40C30C20710层C40KZ1C60C40C30C201113层C40KZ1C50C40C30C201417层C30KZ1C40C30C30C201826层C30C30C30C20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2.01.40.42不上人屋面0.71.40.03玻璃顶0.31.40.04停车库、车道4.01.30.65室外消防车道15.01.30.66室外停车场15.01.30.67大堂3.51.40.58商场3.51.40.59多功能厅3.51.40.510办公室2.01.40.511卫生间2.51.40.412阳台2.51.40.513空调机房、电梯机房7.01.30.614发电机房、冷冻机房10.01.30.615楼梯、走道2.51.40.416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 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0.052. 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Mode1Mode2Mode3Mode4Mode5Mode6b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XY最大层间位移地震作用最大层间位移（mm）1.873.37最大层间位移/层高1/17621/1187位置2118,19最大位移/层平均位移1.454,5层1.2513-19层风荷载作用最大层间位移（mm）1.062.47最大层间位移/层高1/31191/1333位置1618最大位移/层平均位移1.484,5层1.0617-19层框架柱轴压比Nmax0.78Nmin 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u/h1/800，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1.051.15Elcentro波1.051.15Taft波1.051.15最大层间位移最大层间位移（mm）场地人工波1.451.57Elcentro波2.593.57Taft波1.822.56最大层间位移/层高场地人工波1/22761/2101Elcentro波1/12741/ 924Taft波1/18091/1286位置场地人工波2424Elcentro波2123Taft波2124地震剪力Elcentro波1565910639Taft波2709319232场地人工波1339919136平均值1871716336反应谱法1669616621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u/h1/800，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stepbystep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，Tg0.35秒；罕遇地震的地震影响系数取0.605，Tg0.55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Tg0.55s）。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）10951363屋面质心处最大位移时的基底剪力N1（kN）10052283364最大基底剪力N1/结构自重G0.09440.0792罕遇地震下基底剪力N29745978006罕遇地震下基底剪力N2/结构自重G0.09150.0741PushOver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