180米超高层办公大厦超限审查文档.pdf

上海上海 xx 国际大厦国际大厦 办公塔楼办公塔楼 超限高层抗震审查报告超限高层抗震审查报告 xxx 工程顾问（香港）有限公司工程顾问（香港）有限公司 二零零四年六月二十二日二零零四年六月二十二日 目录目录 1 工程概况工程概况 2 设计依据设计依据 3 地质条件地质条件 4 设计荷载设计荷载 5 结构布置概况结构布置概况 6 结构安全等级和建筑抗震设防分类结构安全等级和建筑抗震设防分类 7 结构抗震等级结构抗震等级 8 结构材料结构材料 9 结构主要计算分析结果及超限情况结构主要计算分析结果及超限情况 10 结构超限对策及抗震加强措施结构超限对策及抗震加强措施 11 基础选型基础选型 附件一附件一 结构平面布置图结构平面布置图 附件二附件二 主要主要 SATWE 和和 ETABS 输入输出数据输入输出数据 1.工程概况工程概况 xx 国际大厦位于上海市浦东陆家嘴富都世界 X1-5 地块，是陆家嘴的中心地区，拟建场地西临富都路、东邻银城西路。本项目总建筑面积约 8 万 m2，其中地上约 6 万 m2，包括一幢 33 层约 180米高的高级办公楼和 3 层的商用裙楼。在基地范围内设置三层地下室，埋深12m，面积约 2.万 m2为停车库和机电设备房。2.设计依据设计依据 结构设计以下列国家标准、行业标准和地方标准为依据：1.建筑结构设计可靠度统一标准GB 500682001 2.建筑结构荷载规范GB 50009-2001 3.建筑抗震设计规范GB 50011-2001 4.混凝土结构设计规范GB 50010-2002 5.高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002 6.型钢混凝土组合结构技术规程JGJ 138-2001 7.建筑抗震设防分类标准GB 50223-95 8.地下工程防水技术规范GB 50108-2001 9.钢结构设计规范GB50017-2003 10.高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98 11.建筑地基基础设计规范GB 50007-2002 12.建筑桩基技术规范JGJ 9494 13.上海市工程建设规范钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程DGJ 08312001 14.上海市工程建设规范地基基础设计规范DGJ 081199 15.上海市工程建设规范建筑抗震设计规程DGJ 08-9-2003 16.上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程DGJ 08-218-2003 17.中华人民共和国建设部 建筑工程设计文件编制深度规定（2003年4月）18.中华人民共和国工程建设标准强制性条文房屋建筑部分（2002 年版）19.建设部令第 111 号超限高层建筑工程抗震设防管理规定(2002 年 9 月1 日起施行)20.xx 国际大厦工程地质勘察报告 （工程编号 xxx）（上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 2004 年 4 月 13 日提供）3.地质条件地质条件 针对现建筑方案，业主于 2004 年委托上海岩土工程勘察设计研究院对拟建合生国际大厦进行了岩土勘探。根据岩土工程勘察报告，该项目场地的地层条件见下表：层次 地层土名称 层厚(m)层底标高 杂填土 1.704.00 2.880.13 0 粘质粉土 8.1011.00-6.62-8.83 淤泥质粘土 3.906.10-12.10-13.37 1-1 粘土 3.404.70-15.60-17.59 1-2 粉质粘土 6.308.50-23.02-25.10 3 粉质粘土 2.507.00-26.8031.03 4 粉质粘土 2.005.50-29.10-35.93 粉质粘土 2.403.90-26.11-28.50 1 粘质粉土 1.806.50-31.42-33.40 2 粉细砂 20.105.50-54.61-57.35 3 粉砂夹砂质粉土 10.5014.00-67.42-69.48 1 粉砂夹粘性土 8.009.80-77.39-77.60 2 含砾中粗砂 5.808.00-83.31-85.60 粉质粘土 3.803.80-87.11-87.11 粉细砂 37.0037.00-122.60-122.60 粉砂夹粉质粘土 未钻穿 未钻穿 根据土工试验结果，地基土的物理力学性质见下表:层次层次 地基土地基土 名称名称 含水量含水量 重度重度kN/m3 粘聚力粘聚力kN/m2 内摩擦角度内摩擦角度 压缩模量压缩模量Mpa 桩基沉降计算压缩模量桩基沉降计算压缩模量 Mpa 标准贯入击数标准贯入击数 杂填土-0 粘质粉土 35.3 18.0 7 29.0 7.56-4.1 淤泥质粘土 49.6 16.8 14 12.0 2.62-1-1 粘土 38.8 17.7 14 15.0 4.06-1-2 粉质粘土 33.2 18.2 15 22.0 5.06-3 粉质粘土 30.7 18.5 16 24.0 5.98-4 粉质粘土 22.0 19.7 43 20.5 7.81-粉质粘土 23.5 19.6 49 17.0 7.72-1 粘质粉土 26.2 19.3-11.18 30 32.3 2 粉细砂 25.6 19.4-15.89 70 50 3 粉砂夹砂质粉土 27.2 19.1-13.84 60 50 1 粉砂夹粘性土 26.9 19.1-13.42 45 50 2 含砾中粗砂 16.5 20.4-18.65 75 50 粉质粘土 24.6 19.6 36 22.5 8.92 20-粉细砂 25.9 19.3-15.39 80 50 粉砂夹粉质粘土 26.2 19.3-13.18 40-本场地地形比较平坦，场地标高为 3.95m4.67m 之间,平均为 4.34m 左右，地下水常年水位埋深为 0.50.7m，低水位埋深为 1.5m。根据岩土勘探报告结果，该场地地基土 20 米深范围内无饱和砂质粉土和砂土层分布，7 度地震设防时不考虑场地地基土液化影响。4.设计荷载设计荷载 1.恒载及活荷载 楼面均布荷载一览表（kN/m2）楼面用途 恒载 活荷载 找平层与铺面 吊顶与设备 间隔墙 办公楼 1.2 0.3 1.0 2.0 商店 1.2 0.5 1.0 3.5 餐厅 1.2 0.5 1.0 2.5 大堂、走廊 1.2 0.5-2.5 厨房 3.6 0.5-4.0 洗手间 1.2 0.5 1.0 2.0 楼梯 1.2 0.5-2.5/3.5 玻璃幕墙 1.1(垂直立面)-机电设备间 1.2 0.5 按实际布置 7 上落货区 1.2 0.5-15.0 屋面（不上人）3.6 0.5-0.5 屋面（上人）3.6 0.5-2.0 地面广场 3.6 0.5-5.0 地面车路 3.6 0.5-15.0 消防车道 3.6 0.5-20.0/35.0 绿化花园 3.6 0.5-按实际土重 停车场 1.2(或按实际设备重量)0.5-2.5/4.0 以上各项荷载未包括建筑填充外墙、分户填充墙及梁板柱墙结构的自重，玻璃幕墙重取 1.1kN/m 2.风荷载 按上海筒体规范 DGJ08-31-2001 确定风荷载的取值参数。上海地区 50 年一遇基本风压为 0.55kN/m，根据规范 B 级高度筒体乘以 1.1 系数，即基本风压为0.55x1.10.61kN/m；地面粗糙度按 C 类考虑。风荷载体型系数、风振系数按上海筒体规范(GBJ08-31-2001)确定。3.地震荷载 a)计算地震作用时，采用上海市工程建设规范 钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程DGJ08-31-2001 所附的地震影响系数曲线，结构阻尼比取 0.05,地面运动最大加速度 35 gal。b)抗震设防烈度为 7 度，地震影响系数最大值为 0.08，场地土为上海IV 类场地土，设计地震分组为第一组(0.1g)。c)计算地震作用时采用重力荷载包括下列：100%恒荷载 50%楼面活荷载 d)抗震计算采用考虑耦联的振型分解反应谱法，按 CQC 组合。e)结构计算采用两种计算程序(SATWE 和 ETABS)，并按规范要求采用 SATWE 进行弹性时程分析作补充计算。4.雪荷载 按照建筑结构荷载规范GB50009-2001，上海地区的 50 年一遇基本雪压为 0.2kPa。屋面水平部份和坡面部份的积雪分布系数分别为 1.0 及0.3。5.结构布置概况结构布置概况 1.办公塔楼 办公塔楼主屋面高约 152 米，总高度约 180 米，建筑平面形状为方形，尺寸约为 42m x 42m，按建筑立面设计要求，楼面平面形状规整，沿高度并无突变。办公塔楼属 B 级超高层建筑，层数多而楼面面积亦较大，结构的抗侧刚度和承载力为选择结构体系的主要考虑因素，因而考虑采用现浇钢筋混凝土框筒结构体系，钢筋混凝土核心筒能提供较佳的抗侧刚度，柱拟采用钢筋混凝土柱若有必要加配芯柱以增加结构的延性及承载力，同时亦可减小柱的截面尺寸。办公塔楼主屋面(标高约+152m)以上拟采用钢结构作为幕墙的支撑，以减轻塔楼顶部的重量。2.地下室 地下室共三层，用作机电设备间、停车库及地下超市等。地下室结构为钢筋混凝土框架梁板结构。设计时考虑竖向重力荷载和向上地下水浮力的最不利组合。地下室外墙和底板采用 S8 防水混凝土。在地下室外墙与底板的施工缝位置设置止水带以防止渗漏。本程采用地下室外墙和地下室连续墙二墙合一的结构方案。地下室底板和基础设计中将考虑后期沉降所产生的内力。3.伸缩缝、沉降缝及防震缝 由于塔楼和裙楼在重量和刚度上相差悬殊，因此,需在二者间设一从地面至裙楼屋面的防震缝。地面及地下室形成一整体,考虑通过计算分析和构造措施保证结构变形影响满足的情况下将不设永久性结构缝，为减少施工中温度和收缩应力以及沉降差对结构的不利影响，拟在施工阶段在结构适当部位设置若干后浇带施工缝。6.结构安全等级和建筑抗震设防分类结构安全等级和建筑抗震设防分类 本工程结构和基础安全等级为二级,建筑抗震重要性分类为丙类。7.结构杭震等级结构杭震等级 办公塔楼（含地下一层部分）：抗震等级为一级 地下室（不含办公塔楼地下一层）：抗震等级为三级 8.结构材料结构材料 1.混凝土 构 件 位 置 混凝土等级 基 础 承台板、地下室底板 C30 地下室 裙房部分 墙、柱 C35 梁/板 C35/C30 办公塔楼部分 墙、柱、连梁 C60 梁/板 C35/C30 办公塔楼(地面以上)墙、柱 连 梁 13 层以下 低高避难层 高避难层屋面 C60 C50 C40 梁/板 1 层4 层 C35/C30 4 层屋面 C30/C30 裙房（地面以上）墙、柱 C35 梁/板 C35/C30 另外，地下室外墙及底板必须考虑地下水作用及防水工程的需要，混凝土必须符合 S8 抗渗要求，亦可以同时考虑使用防水卷材或涂料。2.钢筋 钢筋(国产)材料应符合中国国家规范 GB1499 及 GB50010 HPB235 级钢筋 (fyk=235N/mm2)HRB335 级钢筋 (fyk=335N/mm2)HRB400 级钢筋 (fyk=400N/mm2)3.型钢 屋顶钢结构，型钢选用国产 Q345B。9.结构主要分析结果及超限情况结构主要分析结果及超限情况 对该工程中的超限高层办公塔楼，根据要求采用中国建筑科学研究院的PKPM 系列计算程序中的 SATWE（2003 年 12 月版）和 ETABS（v8.4.5）二种计算模型进行分析计算，同时按规范要求采用弹性时程分析法作补充计算(SATWE)。SATWE 模型主要计算参数 计算参数 取值 结构总层数/地下室层数 36/3 地震力计算信息 单向+5%偶然偏心 竖向荷载计算信息 模拟施工加载 恒活载分开信息 恒活分开 地震力振型组合数 24 地震力组合方法 CQC 组合(扭转耦联)设防烈度 7 度（0.1g）场地土类别 上海 IV 类 设计地震分组 第一组 周期折减系数 0.90 地震活荷载折减系数 0.50 自重调整系数 1.0 0.2Q 调整起算/终止层号 建筑首层至 33 层 结构抗震等级 一级 结构类型 框架 筒体 底部嵌固端 首层地面 弹性时程分析最大加速度 35 gal 结构阻尼比 0.05 ETABS 模型主要计算参数 计算参数 取 值 计算层数（总层数/地下层数）36/3 地震计算方法 振型分解反应谱法 办公塔楼主要计算分析结果及超限情况：结构分析结果 与规范要求比较 高度 166.5m 大于 130m，属超限(B 级高度)高层建筑 高宽比 3.7 小于 7，满足规范要求 平面规则性 结构布置规则对称，楼面呈正四边形，无异形突起或凹进 平面布置不规则 竖向规则性 竖向构件连续无转换，楼层刚度变化平稳，无突变 竖向布置规则 周期 SATWE ETABS 周期合理，扭转耦连较小，扭转周期比小于 0.85 满足规范要求 T1 4.60s 4.48s T2 4.47s 4.30s T3 3.58s(扭转周期)3.60s Tn/T1 0.78 0.80 位移 最大层间位移 SATWE ETABS 满足规范要求的1/800 X 向地震 1/872 1/907 Y 向地震 1/821 1/924 X 向风载 1/921 1/1413 Y 向风载 1/803 1/1076 最大首层位移 SATWE ETABS X 向地震作用 1/2077 1/1999 Y 向地震作用 1/2631 1/2566 X 向风载作用 1/2511 1/3483 Y 向风载作用 1/3030 1/3274 最大位移/平均位移 SATWE ETABS 最大位移与层平均位移比满足规范小于1.4 的要求；最大位移与层平均位移比小于1.2，属平面规则结构 X 向地震作用 1.20 1.18 Y 向地震作用 1.24 1.04 X 向风载作用 1.04 1.08 Y 向风载作用 1.08 1.02 地震作用 X 向地震 Y 向地震 地震剪力分别大于规范 要 求 的 1.31 和1.60%的限值 地震剪力 kN 17288 19162 重力荷载代表值 kN 1088300 1088300 剪重比 1.59%1.76%弹性时程分析位移结果 X 向地震位移 1/872 位移满足规范要求 Y 向地震位移 1/821 弹性时程分析底部剪力 SHW3-4 NIN1-4 PAS1-4 平均值 反应谱法 满足规范规定的时程分析最小地震剪力要求 X 向地震 15170kN 11630kN 16160kN 14320kN 17280kN Y 向地震 16010kN 17030kN 21320kN 18120kN 19160kN 最大轴压比 墙肢 0.49 (SATWE)小于 0.5 柱 0.78 (SATWE)小于0.8复合螺旋箍）注：上表中所指规范包括建筑抗震设计规范GB 50011-2001、上海市工程建设规范建筑抗震设计规程DGJ 08-9-2003、高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002 及上海市工程建设规范钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程DGJ 08312001 等相关规范，各规范间如要求不统一，取较严条款。分析结论：分析结论：l 从 SATWE 及 ETABS 的计算结果来看，两者分别计算出的周期、位移接近，且都在合理的范围内，说明结构布置合理、计算结果可靠。l 从 SATWE 振型分解反应谱法及 SATWE 时程分析的计算结果来看，时程分析的输入地震波选择正确。反应谱法分析和时程分析中结构的反应特征、变化规律是一致的，并都显示结构没有薄弱层。l 根据规范要求计算出的该塔楼在 10 年一遇风荷载作用下的顺风向结构顶点最大加速度为 0.038 m/s2及横风向结构顶点最大加速度为 0.020 m/s2均小于 0.25m/s2，满足规范规定的舒适度要求。分析表明，办公塔楼为分析表明，办公塔楼为 B 级高度和平立面规则的超高层建筑，满足规范要求。级高度和平立面规则的超高层建筑，满足规范要求。10.结构超限对策及抗震加强措施结构超限对策及抗震加强措施 本项目办公塔楼属高度超限的髙层建筑，为此结构计算分析、结构抗震概念设计和构造几个方面，采取对策和措施确保该工程安全、可靠、经济。10.1 加强结构计算分析加强结构计算分析 1.按规范要求，办公塔楼采用两种计算模型(SATWE 及 ETABS)进行结构计算比较，寻求最优的结构布置方案。2.按规范要求，用 SATWE 进行时程分析补充计算，了解结构在地震时程下的 响应过程，并籍此寻找结构薄弱部位，以便进行针对性的结构加强。时程分析的地震波采用两条实测波和一条人工波。3.按现行规范考虑结构的扭转效应，使办公塔楼扭转周期与平动周期的比值、角部位移与质心位移的比值均控制在规范要求的范围内。4.严格按规范要求抗控制相邻层的竖向刚度比。5.严格按规范控制框架柱、小墙肢及加强层范围内的墙肢的轴压比。6.塔楼结构计算分析时考虑 P-效应、模拟施工加载对主体结构的影响。10.2 注重结构抗震概念设计与构造注重结构抗震概念设计与构造 1.对办公塔楼，为加强结构的抗震性能和结构延性，采取如下措施：控制首层柱的轴压比。框架柱采用钢筋混凝土柱若有必要加配芯柱，并严格控制轴压比，按规范提高体积配箍率。2.地下室顶板（即首层楼板）、办公塔楼主屋面楼板适当增加厚度，并按双层双向配筋，以增加其刚度。3.结构布置上尽可能加强地下室的整体刚度。在地下室周围采用级配砂石回填并分层夯实，并在楼板标高处加混凝土传力带，保证水平力的有效传递。4.在塔楼与裙楼之间设置后浇带，以减小不均匀沉降对主体结构的影响。另外，施工图设计阶段还将考虑基础沉降差对主体结构的影响。11.基础选型基础选型 根据工程地质勘察报告，办公塔楼采用直径 800m,C35 的钻孔灌注桩，以第2 层的粉细砂层作桩端持力层，桩深约至地表下 53m，采用桩端注浆施工技术,预估单桩受压承载力特征值约为 4700kN；裙楼和其他部分地下室上面并无任何建筑物或上部建筑物重量不大，该部分结构的桩基础将考虑地下水浮力的作用，按抗拔桩进行设计，采用直径 600mm,C30 的钻孔灌注桩，以第2层的粉细砂层作桩端持力层，桩深约至地表下 46m，预估单桩受压承载力 特征值约为 1900kN，抗拔承载力特征值约为 1000kN。施工前将进行试桩以确定最终的单桩承载力。办公塔楼采用群桩联合筏板承台，塔楼的所有荷载均经过一个钢筋混凝土承台传至桩群之上，承台厚拟取 2500mm。承台采用有限单元法 JCCAD 程序，计算分析了基础沉降量、承台内力及桩反力。根据初步估计，办公塔楼承台中心点处的最大值约为 70mm，小于 200mm，满足规范要求（上海市地基基础设计规范DGJ08-11-99 第 4.3.6 条）。裙楼及地下室其它部分采用 1100mm 厚的筏板桩承台设计，荷载由柱通过筏板承台传至桩基础上。钻孔灌注桩及桩端注浆施工质量对沉降及桩承载力的影响较大，故必须严格控制成桩施工工艺和质量的管理，以保证成桩满足设计要求。