超限审查报告.docx

目 录I一 概况11.1 项目概况11.2 报告内容1二 设计依据22.1 设计规范、规程及相关标准22.2 工程地质报告22.3 结构材料22.3.1 混凝土22.3.2 钢筋22.3.3 钢材22.4 荷载32.4.1 重力荷载32.4.2 风荷载32.4.3 地震作用42.4.4 荷载组合42.5 结构控制指标（设计准则）42.5.1 结构设计基准期与设计使用年限42.5.2 建筑结构安全等级42.5.3 竖向变形42.5.4 水平位移52.5.5 舒适度52.5.6 结构稳定性5三 基础及地下室结构设计63.1 自然条件63.1.1 场地土层分布63.1.2 不良地质作用63.1.3 场地地震效应及稳定性评价63.1.4 水文地质条件63.1.5 地基承载力及桩基设计参数63.1.6 桩基检测73.2 基础设计73.2.1 基础方案73.3 地下室结构设计73.3.1 整体抗倾覆验算73.3.2 基础埋深验算73.3.3 特殊问题处理7四 A区主楼上部结构设计84.1 结构概述84.1.1 结构体系84.1.2 结构超限分析104.2 塔楼嵌固层判定104.3 多遇地震作用下的反应谱分析结果114.3.1 计算软件及模型114.3.2 结构质量114.3.3 振型及周期114.3.4 位移124.3.5 剪重比144.3.6 偏心率144.3.7 楼层受剪承载力144.3.8 层间刚度比154.3.9 刚重比164.3.10 水平力分布164.3.11 舒适度184.3.12 竖向构件轴压比194.3.13 小结194.4 多遇地震作用下的弹性时程分析194.4.1 时程曲线194.4.2 地震剪力224.4.3 计算结果234.5 结构性能设计244.5.1 结构抗震性能目标244.5.2 核心筒截面设计244.5.3 框架柱截面设计274.5.4 楼板应力分析274.6 施工加载模拟分析284.6.1 目的284.6.2 分析模型的建立284.6.3 基于模型分析的施工方案284.6.4 分析结果比较294.7 罕遇地震下的弹塑性动力分析294.7.1 结论294.7.2 结构设计建议加强措施30五 B区上部结构设计30六 结论306.1 针对超限的抗震措施306.2 结语30 Error! Reference source not found.章Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.节。A区主楼和B区裙房范围内为重点设防类，B区裙房以上为标准设防类0.040.280.35s（罕遇地震时取值为0.40s）A楼：0.04 B楼：0.05A楼：0.05 B楼：0.051.1.1 竖向变形A区主楼为混合框架混凝土筒体混合结构体系，总高度为249.77.m，层间位移角限值可取为1/500；B区主楼为部分框支剪力墙结构体系，总高度为159.75m，层间位移角限值可取1/1000。A区主楼为3.8m、3.8m、6.0m。1257781202712431.846.370.00699818081274573.554.910.001257781201813841.569.340.00699818081511533.946.30.00裙房高度占主楼总高度的15%。+=(a) 楼盖体系(b) 外框柱(c) 剪力墙整体结构楼层高度（m）砼等级外墙厚度（mm）内墙厚度（mm）59屋面249.77C404002504958层216.33C4050030048层179.61C456003004047层176.03C456003003339层147.39C5070040032层121.41C507004002431层117.83C558004002389.19C558004001122层84.19C60900500110层41.23C601000600 外围框架柱的主要截面楼层高度（m）砼等级边柱截面（mm）角柱截面（mm）64屋面249.57C406263层236.07C40400x400x20400x400x205961层227.07C40700x700x25700x700x204958层216.33C45700x700x25700x700x2048层179.61C45750x750x30750x750x253947层176.03C50750x750x30750x750x253339层147.39C501000X301000X2532层121.41C551000X301000X252431层117.83C551100X301100X252389.19C601100X301100X251122层84.19C601200X401200X35110层41.23C601300X401300X35组合梁最大跨度约11.45m该建筑在二层楼面有较大开洞，并存在有九根穿层柱（塔楼四根，裙房五根）如图4.1-6所示，但有效楼板宽度仍大于该层楼板典型宽度的50，且开洞面积小于该层楼面面积的30；同样，在三、四、五及七层也均存在局部楼板大开洞，但楼板有效宽度均大于该层楼板典型宽度的50。4）偏心布置：该建筑在裙房部分的偏心率大于0.15，但裙房以上部分塔楼的偏心率均远小于0.15，根据高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 9998）3.2.2条的规定，也属于平面不规则结构。1）侧向刚度不规则：侧向刚度不规则是指某楼层刚度小于其上一楼层刚度的70%或其上三层刚度平均值的80%。对现有结构模型的层间刚度比进行分析，可知该结构由于层高的变化，在二十二层刚度比略不满足要求，存在薄弱层，但采用层间位移角刚度比计算能满足要求（计算结果见4.3.8节内容）。2）竖向抗侧力构件不连续：在塔楼顶部两层的位置存在梁抬柱的情况，属局部的竖向构件不连续。穿层柱A区主楼首层和地下一层层高均为6.0m，需要在地下室两个方向各增加适量剪力墙，以满足首层地下室顶板做为上部结构嵌固端的要求。从表4.2-1计算结果可知，地下室顶板可作为上部结构的嵌固端。地下一层4.2924E+083.6583E+08地上一层1.2099E+081.2692E+08比值3.5482.882注：地下室范围取塔楼相关范围周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度。本工程采用了中国建筑科学研究院编制的“多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件” SATWE进行计算，并采用了美国CSI公司编制的ETABS v9.0.9程序进行补充计算，计算模型如图4.1-1所示。0.8对复杂高层建筑，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不应大于0.850.8596%95%振型1（Y向一阶平动）振型2（X向一阶平动）振型3（一阶扭转）振型4（）振型5（）振型6（）1/810 图Error! No text of specified style in document.1 X向风载作用下楼层最大位移 图Error! No text of specified style in document.2 Y向风载作用下楼层最大位移 图Error! No text of specified style in document.5 X向风载作用下楼层层间位移角 图Error! No text of specified style in document.6 Y向风载作用下楼层层间位移角1/1384项 目X向风荷载Y向风荷载X向地震Y向地震结构顶层最大位移（mm）STAWE238.66246.71125.73126.53ETABS222.60230.86117.80117.90结构整体位移角=顶层最大位移/总高度（嵌固层为0.00处）STAWE1/10451/10111/19851/1972ETABS1/11211/10811/21191/2117最大层间位移角STAWE1/8251/8101/ 13841/ 1455ETABS1/8491/8531/13291/1415最大层间位移角发生位置（结构楼层）STAWE层49层48层49层49ETABS层42层43层42层42 图Error! No text of specified style in document.7 X向地震作用下楼层最大位移 图Error! No text of specified style in document.8 Y向地震作用下楼层最大位移 图Error! No text of specified style in document.9 X向地震作用下楼层位移角 图Error! No text of specified style in document.10 Y向地震作用下楼层位移角 图Error! No text of specified style in document.11 X向5%偶然偏心地震作用位移比 图Error! No text of specified style in document.12 Y向5%偶然偏心地震作用位移比图 图Error! No text of specified style in document.13 X向剪重比沿楼层分布 图Error! No text of specified style in document.14 Y向剪重比沿楼层分布相邻层质心相差小于相应边长15的要求。但由于建筑平面布置和功能要求上的局限性造成塔楼偏置，裙房以下部分楼层的偏心率较大，超过了0.15（图4.3-15所示）。根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）第4.4.3条规定：“B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75”。结构楼层受剪承载力与上一层的比值随楼层分布如图4.3-16所示。可知，该结构的楼层受剪承载力均满足规范要求。 Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.22层的刚度比（X方向0.969，Y方向0.966） A区主楼1.50高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）12995.521318590.63215002940000226002980000134001320000145001320000比值1.0091.0081.0241.0161.0311.0011.0511.014 框架部分按计算分配的最大楼层剪力占底部总剪力的比例如表4.3-7所示。结构分析时按0.2Qo调整。框架地震剪力调整系数随楼层的变化如表4.3-7所示。10.84%1.85 8.70%2.30 3027.37%1.05 18.67%1.07 11.83%1.69 9.81%2.04 3128.85%1.01 19.34%1.03 15.35%1.30 13.20%1.51 3226.05%1.13 17.27%1.16 16.64%1.20 14.37%1.39 3329.36%1.03 19.04%1.05 18.01%1.11 17.08%1.17 3426.79%1.14 17.14%1.17 20.32%1.0 23.57%1.0 3524.17%1.30 14.86%1.35 27.36%1.026.87%1.0 3635.10%1.0 21.69%1.0 26.38%1.028.47%1.03730.68%1.06 18.57%1.08 12.52%1.60 14.41%1.39 3831.69%1.05 18.81%1.06 12.98%1.54 11.85%1.69 3934.85%1.0 20.39%0.98 13.14%1.52 12.46%1.61 4029.00%1.19 16.41%1.22 14.53%1.38 13.64%1.47 4132.82%1.08 18.04%1.11 14.70%1.36 13.94%1.43 4233.15%1.09 17.86%1.12 14.87%1.34 14.13%1.42 4333.57%1.10 17.76%1.13 15.62%1.28 14.92%1.34 4434.48%1.10 17.81%1.12 15.92%1.26 15.26%1.31 4535.35%1.10 17.79%1.12 15.94%1.26 15.31%1.31 4635.79%1.12 17.99%1.11 16.67%1.20 16.07%1.24 4736.91%1.10 15.23%1.31 16.87%1.19 16.32%1.23 4830.71%1.40 12.11%1.65 16.97%1.18 16.40%1.22 4933.15%1.33 15.12%1.32 16.94%1.18 16.56%1.21 5032.79%1.40 14.02%1.43 15.71%1.27 14.92%1.34 5133.92%1.41 14.04%1.42 19.27%1.04 18.56%1.08 5234.48%1.44 13.79%1.45 18.37%1.09 17.73%1.13 5335.52%1.46 13.67%1.46 18.51%1.08 17.80%1.12 5436.70%1.48 13.57%1.47 18.47%1.08 17.86%1.12 5537.47%1.51 13.31%1.50 18.85%1.06 18.37%1.09 5638.84%1.53 13.17%1.52 18.85%1.06 18.24%1.10 5740.34%1.56 13.00%1.54 18.81%1.06 18.31%1.09 5842.39%1.58 12.86%1.56 12.92%1.55 13.21%1.51 3.23%6.193.31%6.049.85%2.03 10.06%1.99 0.00%10.00%120.76%1.0 21.71%1.00.00%10.00%15.04%3.97 5.17%3.87 1. 结构质量随楼层分布较均匀，除裙房商业部分局部存在大开洞外，塔楼平面布置对称规则，无尺寸及刚度突变。结构的楼层偏心率如图4.3-15所示。塔楼相邻层质心相差小于相应边长15的要求，结构偏心率远小于0.15；但裙房部分由于自身建筑平面和功能布置的局限性，偏心率大于0.15。.2. 采用SATWE和ETABS程序计算的结构X、Y方向平动周期比值分别为0.9780和0.9777，两个方向结构动力特性相近。3. SATWE和ETABS计算的结构第一扭转周期Tt与第一平动周期T1的比值分别为0.5646和0.6041，远小于规范规定的0.85限值；另在考虑偶然偏心的地震作用下，塔楼的结构位移比小于规范规定的1.2限值，裙房部分小于1.4限值，表明结构抗扭刚度较大，扭转效应不明显。4. 图4.3-3图4.3-10表明结构在风荷载及多遇地震荷载作用下的最大楼层层间位移角分为1/810和1/1384，能满足规范1/500的限值要求。5. 结构竖向体型较规则，竖向抗侧力构件基本连续，侧向刚度分布比较合理，变化较均匀（Error! Reference source not found.17Error! Reference source not found.20）； 6. 结构在两个方向的刚重比均大于1.4，能够满足整体稳定验算要求。另外，根据规范要求，程序计算时考虑了效应。7. 结构楼层受剪承载力与上一层的比值随楼层的分布如图4.3-16所示，各楼层的受剪承载力之比均大于0.80，不存在楼层承载力突变的情况。8. 结构底部少数几层剪重比小于规范规定的最小剪重比限值要求，通过放大楼层地震力的方法进行调整。同时，对于框架柱的地震剪力在结构设计时按0.2Qo进行调整；内力调整后，所有框架柱能满足承载力要求。9. 按10年一遇的风荷载取值计算的顺风向和横风向办公顶部最大加速度小于规范规定的0.25m/s2限值，满足舒适度要求。10. SATWE和ETABS两种分析软件得到的计算结果基本一致，可以互相验证校核。11. 风洞试验结果略小于建筑结构荷载规范GB 50009-2001（2006年版）计算的风荷载，因而按规范进行风荷载取值是安全的。通过对地震荷载和风荷载作用下楼层位移及剪力的计算结果对比，可以看出结构的内力及变形主要由风荷载控制。12. 各竖向构件的轴压比或应力比均控制在相关规范要求的限值之内，保证竖向抗侧力构件良好的延性。楼层楼层结构X向层间剪力对比结构X向层间剪力对比楼层楼层楼层结构Y向层间剪力对比楼层结构Y向层间剪力对比 时程分析得到的层间位移曲线变化平稳、光滑、连续，各条波所得到的层间位移值均满足规范要求。大震不屈服工况下主要核心筒剪力墙的剪压比如图4.5-2图4.5-11所示。各剪力墙的剪压比均小于0.15的规范限值，保证了剪力墙的延性。 W1（39001000）-38827.2-58455.8-19198.6W2（32251000）-36450.1-53046.3-19853.9W3（50751000）-57772.2-85412.4-30132W4（40501000）-45612.1-65871.3-25352.9W5（40501000）-41032.5-64761.9-17303.1W6（40501000）-41950.9-65382.5-18519.3W7（62501000）-68933-105378-32488.5W8（62501000）-71530.6-108334-34727.6W9（63501000）-66572.9-98424.9-34720.9W10（63501000）-70369.9-100797-39942.9W11（40501000）-40329.2-69112.9-11545.5W12（36251000）-38750.4-61308.7-16192.1W13（31001000）-36578.4-53070.7-20086.1W14（24001000）-22533.8-37152.6-7915.01W15（4625600）-26864.7-34400.2-19329.2W16（8900600）-60311.2-61633.1-58989.3W17（4625600）-28348.3-36167-20529.6W18（5525600）-34805.8-45881.2-23730.4W19（8550600）-38827.2-58455.8-19198.6W20（1225600）-8152.74-11689.3-4616.14图4.5-13 100年一遇风荷载作用下七层楼板水平剪应力（已考虑风荷载分项系数1.4，满足受剪截面及承载力要求）图4.5-14 100年一遇风荷载作用下二层楼板X方向轴向应力（已考虑风荷载分项系数1.4） 图4.5-15 100年一遇风荷载作用下二层楼板Y方向轴向应力（已考虑风荷载分项系数1.4）图4.5-16 50年一遇风荷载作用下二层楼板X方向轴向应力（截面平均小于ftk=2.39MPa，不开裂）图4.5-17 50年一遇风荷载作用下二层楼板Y方向轴向应力（截面平均小于ftk=2.39MPa，不开裂）图4.5-18 100年一遇风荷载作用下七层楼板X方向轴向应力（已考虑风荷载分项系数1.4）图4.5-19 100年一遇风荷载作用下七层楼板Y方向轴向应力（已考虑风荷载分项系数1.4）图4.5-20 50年一遇风荷载作用下七层楼板X方向轴向应力（截面平均小于ftk=2.39MPa，不开裂）图4.5-21 50年一遇风荷载作用下七层楼板Y方向轴向应力（截面平均小于ftk=2.39MPa，不开裂）目的芜湖侨鸿国际滨江地块项目为总高达250m的超高层混合结构，结构复杂，施工过程时间周期较长。混合结构竖向构件（筒体、剪力墙、角柱、边柱和中柱等）在垂直荷载的作用下，轴压比设计的差异必定要在它们之间产生竖向变形差的问题，由此引起内力的变化调整。然而，根据施工的进程，高层建筑结构是逐层施工完成的，其竖向刚度和竖向荷载（如自重荷载和施工荷载）也是逐层形成的，且结构逐层找平。这种情况与结构刚度一次形成，竖向荷载一次施加的整体弹性分析方法有较大差异，故需考虑具体施工过程的影响。在实际施工中结构是分阶段施工，逐步完成的，即结构的施工过程是一个自重、刚度逐步形成的过程。一方面，建成的某楼层荷载，刚度只波及影响该层及以下各层，并不影响该层以上的楼层；同时其上未建成的楼层也不会对已建成的部分的内力、变形产生影响；另一方面，施工中需对已完成部分的变形进行观测、修正，所修正的变形差也不会累计在下一个阶段的施工变形中。对于本工程项目而言，外框架是由16根钢管混凝土柱组成，内筒是混凝土剪力墙组成。竖向构件在自重作用下的内力分配必须考虑上述因素。当结构整体施工完成后，结构的内力和变形才与弹性分析一致。因此，进行施工加载模拟分析主要以如下所述为目的：1、确定在施工过程中，杆件在自重作用下产生的内力水平大小，并与弹性分析结果比作较，确保线弹性分析的可靠性。2、校核在考虑施工过程的影响下，结构构件在竖向荷载作用下的承载力是否满足要求。分析模型的建立本项目的施工加载模拟分析采用SAP2000程序进行计算。SAP2000采用阶段非线性分析方法对结构进行施工模拟分析。在分析前先将结构按其施工的先后顺序分为不同阶段，然后在锁定前一阶段分析内力位移基础上，逐步添加下一阶段直至完成所有阶段的分析。未被添加的阶段或构件不会影响结构的分析，新添加的阶段不随前一阶段发生位移，即新添加的部分会对结构变形进行自动修正。为了确保模型真实可信，我们将建立的SAP2000模型与ETABS模型相对比，检查两者周期、重力总作用等动力特性。结果如下： 基于模型分析的施工方案在保证分析精度前提下，兼顾SAP2000的计算能力，本项目共分9个阶段进行施工模拟分析，主要考虑以下三个因素：1）按实际情况层层施工，层层找平，计算量过大，考虑到计算机运行速度等因素，在保证分析精度的前提下，将工程施工划分为9个阶段。2）考虑到现场施工的实际情况为层层施工，每个阶段施加在结构上的荷载应大致相同，并结合本工程主体核心筒存在的变截面处，故除裙楼及连接施工阶段外，其余阶段结构以变截面处为界限，且所添加的荷载（主要为结构自重）大致相同。3）由于裙楼设有施工缝，采用后连接方法，为达到模拟效果尽量与真实情况一致，故将连接处定义为一组，作为最后一个施工阶段。另外，由于在模拟分析中不计入混凝土收缩徐变的影响，故对施工时间要求不大，以上划分也主要依据竖向荷载对结构的影响。划分的九个施工阶段如下：1）第一阶段：主体结构先于裙楼施工，外框架施工至第六层，内筒施工至第十一层，与外框架相比超前六层。2）第二阶段：裙房完成施工，由于采用后连接方法，故裙房与主体结构的连接暂不考虑。3）第三阶段：主体结构继续施工，外框架施工至十七层，内筒施工至二十三层，与外框架相比超前六层。4）第四阶段：外框架施工至二十九层，内筒施工至三十三层，与外框架相比超前四层。5）第五阶段：外框架施工至三十六层，内筒施工至四十一层，与外框架相比超前五层。6）第六阶段：外框架施工至四十三层，内筒施工至五十层，与外框架相比超前七层。7）第七阶段：外框架施工至五十三层，内筒施工至五十八层，与外框架相比超前五层。8）第八阶段：主体结构封顶。9）第九阶段：裙房与主体结构在重力荷载作用下的大部分竖向沉降完成，将裙房与主楼连接。分析结果比较施工模拟分析结束后将构件在施工过程中产生的内力同线弹性分析的结果进行比较，以确定线弹性分析的结果与考虑施工模拟过程分析的结果的误差。图4.6-1示意了两种计算结果的部分比较。通过施工模拟分析，可以清楚地了解施工阶段对整个结构的影响。经过与线弹性分析相应的构件结果比较可以看出差别不大。此外，模拟施工模型所得柱轴力与原模型相比有所减小，也验证了施工模拟理论的正确性。裙房与主楼采用后连接方式减小重力荷载下竖向变形差起到了预期的作用，施工模拟分析结果与弹性分析结果是可信的。 图4.6-1 计算结果比较抗震性能评价A区主楼结构在罕遇地震作用下的结构弹塑性动力分析由业主委托南京工业大学工程抗震研究中心完成，具体分析报告另详。其主要抗震性能评价如下：1）输入各工况罕遇地震波进行时程分析后，结构竖立不倒，主要抗侧力构件没有发生严重破坏，多数连梁屈服耗能，少量剪力墙和框架梁参与塑性耗能，未出现局部倒塌和危及结构整体安全的损伤，大震下结构性能满足“大震不倒”的要求；2) 在罕遇地震波输入过程中，结构的破坏形态可描述为：结构中下部连梁最先出现塑性铰，然后中上部连梁也进入塑性状态，连梁损伤迅速发展且随时程输入连梁损伤逐步累积；罕遇地震下结构核心筒外墙剪切损伤达到第一性能水准，但满足抗剪弹性的设防要求，底部和裙房部位的核心筒外墙受拉出现损伤，但损伤因子未超过1；在罕遇地震下钢结构主梁基本在弹性状态，与核心筒角部