文/張陸 大連市建筑設(shè)計研究院有限公司 遼寧大連 116011
超限高層建筑抗震設(shè)計可行性論證報告概述
文/張陸 大連市建筑設(shè)計研究院有限公司 遼寧大連 116011
本文依據(jù)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,簡單總結(jié)了超限高層建筑抗震設(shè)計可行性論證報告的編制內(nèi)容,為同行業(yè)設(shè)計人員提供更為淺顯、明了的報告編制做法。
超限高層;抗震設(shè)計可行性論證報告;編寫
隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,超限高層建筑大量涌現(xiàn)。超限高層建筑在為建筑專業(yè)提供了無盡的創(chuàng)想和提升的同時,給結(jié)構(gòu)專業(yè)提出了更高的要求。為了保證超限高層建筑的安全使用,建設(shè)部組織了超限工程抗震設(shè)防專項審查組,通過超限審查,確保超限建筑的合理性及安全性。本文簡述超限報告的編制內(nèi)容如下。
本單元主要概述此次報告所介紹的工程項目的基本概況,主要包括以下幾點:項目名稱;建設(shè)單位;地理位置;建筑面積;建筑功能等。通過此版塊介紹,使專家對此項目有個大概了解。
本單元要提供該項目的各類設(shè)計依據(jù),例如:規(guī)劃設(shè)計條件書;建設(shè)主管部門審批通過的設(shè)計方案及說明書;詳規(guī)圖紙;地勘報告;安評報告及設(shè)計依據(jù)的各類國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)等。
1.設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)
本單元應(yīng)該提供本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本參數(shù),例如:安全等級;設(shè)計使用年限;建筑物抗震設(shè)防類別;抗震設(shè)防烈度;基本地震加速度;地震分組;場地類別及特征周期等。地震作用參數(shù)及抗震等級也應(yīng)在此板塊列表描述。
2.荷載
本單元應(yīng)羅列本工程的各種樓面使用荷載及風(fēng)荷載、雪荷載、抗浮水位等。
3.地質(zhì)條件
本工程所在地的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、場地抗震性能等應(yīng)在此板塊說明。
本單元可簡單介紹本工程所采用的基礎(chǔ)形式及抗浮設(shè)計。
本單元介紹本工程采用的結(jié)構(gòu)型式及構(gòu)件的材料主要尺寸。
本單元進行高度超限分析、高寬比情況分析及不規(guī)則情況分析。不規(guī)則類型包括扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、偏心布置、凹凸不規(guī)則、組合平面、樓板不連續(xù)、剛度突變、尺寸突變、構(gòu)件間斷、承載力突變、局部不規(guī)則等。
本單位給出本工程幾層具有代表性的結(jié)構(gòu)平面布置圖,以確定結(jié)構(gòu)布置方案是否合理可行。
結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)應(yīng)綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)的特殊性、建造費用、震后損失和修復(fù)難宜程度等各項因素選定。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)分為A、B、C、D四個等級,結(jié)構(gòu)抗震性能分為1、2、3、4、5等五個水準(zhǔn),每個性能目標(biāo)均與一組在指定地震地面運動下的結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)相對應(yīng)`。
本單元擬定該工程的設(shè)防水準(zhǔn)和性能目標(biāo),作為此次抗震設(shè)計的依據(jù)。
目前我國主要使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件有中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的SATWE、美國CSI公司編制的ETABS和POSCO集團開發(fā)的MIDAS,以及專門用于結(jié)構(gòu)彈塑性動力時程分析的PKPM-SAUSAGE和由美國加州大學(xué)伯克利分校的Powell教授開發(fā)的PERFORM-3D三維結(jié)構(gòu)非線性分析與性能評估軟件。本單元應(yīng)羅列用于計算分析的軟件及計算特殊點,同時給出設(shè)計中所采取的構(gòu)造措施。
1.小震彈性及風(fēng)荷載作用分析
小震彈性及風(fēng)荷載作用計算結(jié)果包括地震質(zhì)量分布、地震總質(zhì)量、有效質(zhì)量系數(shù)、基底剪力與傾覆彎矩、結(jié)構(gòu)周期、振型簡圖、地震作用及風(fēng)作用的樓層反應(yīng)力、剪力及彎矩曲線、地震作用及風(fēng)作用的位移簡圖及層間位移角簡圖、風(fēng)荷載及地震荷載作用下最大位移及層間位移角、最大層間位移與平均層間位移的比值、最大位移與層平均位移的比值、水平地震剪力系數(shù)、X向及Y向各層抗側(cè)剛度、樓層受剪承載力比值、塔樓抗傾覆驗算、重力二階效應(yīng)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗算、舒適度驗算、框架柱地震傾覆力矩及剪力百分比、框架剪力調(diào)整系數(shù)、墻肢及柱的軸壓比、嵌固端計算等。
2.彈性時程分析
篩選合適的地震波,使波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符,且各條波的反應(yīng)譜平均值與設(shè)計反應(yīng)譜相比,在主要周期點上滿足在統(tǒng)計意義上相符的要求。
每條波計算的底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%,三條波計算的底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%,滿足規(guī)范要求。
通過計算,將時程分析結(jié)果與CQC法計算結(jié)果進行對比,小震彈性設(shè)計時可采用CQC法及時程分析結(jié)果的包絡(luò)值。
3.中震彈性驗算
根據(jù)擬定的性能目標(biāo),對重要的主受力構(gòu)件進行中震抗剪彈性驗算。具體為: 不計算風(fēng)荷載,調(diào)整地震影響系數(shù)最大值α ,按中震取值,場地特征周期按規(guī)范取值,不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)(即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù))。將計算結(jié)果與構(gòu)件受剪承載力進行對比,驗算其是否滿足中震彈性要求。
4.中震不屈服驗算
中震不屈服驗算包括中震偏拉、偏壓不屈服驗算和中震抗剪不屈服驗算。具體方法為:不計算風(fēng)荷載,調(diào)整地震影響系數(shù)最大值α ,場地特征周期取規(guī)范值, 不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)(即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù)),荷載作用分項系數(shù)取1.0(組合值系數(shù)不變),材料強度取標(biāo)準(zhǔn)值,抗震承載力調(diào)整系數(shù)γ 取1.0。其中偏拉、偏壓不屈服驗算是將計算結(jié)果與構(gòu)件的M-N曲線進行比對,驗算是否滿足要求;抗剪不屈服驗算是將計算結(jié)果與構(gòu)件受剪承載力進行對比,驗算是否滿足要求。
5.大震下主要墻肢受剪截面控制條件驗算
采用程序進行大震驗算,將計算結(jié)果與大震受剪截面控制條件進行對比,驗算是否滿足要求。計算方法同中震不屈服驗算。
6.彈塑性靜力或動力時程分析
根據(jù)工程復(fù)雜程度,按照規(guī)范要求,對本工程進行彈塑性靜力或動力時程分析。通過彈塑性分析得到罕遇地震下結(jié)構(gòu)的破壞特性??傻玫浇ㄖY(jié)構(gòu)體系在罕遇地震作用下的最大層間位移角。動力時程分析還可以直觀的觀測到罕遇地震作用下整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性鉸發(fā)展情況,從而判斷整體結(jié)構(gòu)的能量耗散分布合理。根據(jù)罕遇地震時程分析得到相對準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)動力特性,著重加強重要部位。
[1]賀子奇.溫森.高層建筑工程的施工特點及施工技術(shù)分析.中國房地產(chǎn)業(yè).2015.8