某复杂高层建筑结构整体设计分析

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[提要]广州琶洲某办公楼，主楼采用框架-核心筒结构体系，结构分析分别采用PKPM-SATWE(2006.09版)和ETABS(9.2.0版)两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算；对裙楼及塔楼标准层楼板进行有限元分析。

[关键词]框架-核心筒结构整体分析楼板有限元分析超限的类型和程度

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

工程概况

该项目位于广州大型展览中心区域的中心地带，位于凤浦路和新港东路之间，邻近广州会议展览中心和地铁新东港站。为一幢100m高的专业商场、办公楼、五层裙楼及三层地下室。裙楼各层主要作为专业市场，地下室主要为停车场及机电用房，地下三层设有人防区。裙楼部分有五层，层高为5.8m 至10.2m，总高度不超过40m。主要用作展览专业市场、商业、餐饮等多功能综合用途。塔楼楼高100m，标准层层高为4.5m，平面每层部分错开，顶层局部悬挑，平面长度及宽度约为90~120m和30~50m。柱网主要为9mx9m，个别有大空间要求的地区为18mx18m。本工程主楼采用钢筋混凝土核心筒：办公塔楼有左右两个核心筒，两个核心筒基本落地。周边框架：外框架由钢筋混凝土柱及梁组成，与核心筒一起形成了一个高效的整体抗侧力体系。在塔楼两端的悬挑部分将采用钢结构和混凝土楼板，辅以钢斜撑把荷载传递到塔楼内侧的柱上，组合结构的特点可减轻自重及所承受的地震力。而顶层的悬挑部分，采用外框钢桁架作为主要承托结构。

主要控制参数：结构设计基准期为50年，建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防分类为乙类，抗震设防烈度为7度，抗震等级为框架一级；剪力墙一级；框支框架特一级；地库一层以下三级，地基基础设计等级为甲级，基础设计安全等级为二级。

计算结果及分析

分析方法

本工程结构分析分别采用PKPM-SATWE(2006.09版)和ETABS(9.2.0版)两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算；并对楼板应力进行有限元分析。地下室一层结构的楼层侧向刚度大于上部楼层侧向刚度的2.0倍，结构将假定嵌固于首层地面作结构分析。

抗震性能要求如下表：

2．计算结果分析:

(1) 根据规范要求, 抗震分析采用SATWE和ETABS 两个计算软件进行分析比较。两个分析的主要结果比较如下：

两个程序的计算结果较接近，没有出现原则性冲突或矛盾的结果，二者计算的的结构刚度略有差别；SATWE和ETABS计算结果，地震作用满足抗震规范和高规的规定；在地震作用下，结构的楼层层间最大位移角满足规范要求；工程按100年一遇、地面粗糙度C类情况下的风荷载作用时结构层间最大位移角满足规程要求；SATEWE和ETABS计算结果均存在扭转不规则的情况，但比值不大于1.4，在规范容许范围内。SATEWE和ETABS计算结果Tt/T1的比值均小于0.85。

(2) 选用三组加速度时程曲线进行了多遇地震作用下的弹性动力时程分析，多遇地震作用时，时程分析的顶点位移、楼层弯矩、楼层剪力、层间位移角计算结果的统计值均小于考虑扭转藕连的振型分解反应谱法，结构的X向和Y向变形曲线的特征与振型分解反应谱法的特征一样。

(3)运用ETABS软件，分析了结果在下列几种工况下的楼板应力：

重力荷载作用 (DL + LL)

小震作用 (DL + LL + Minor EQ)

中震作用 (DL + LL + Mid EQ)

首先，在重力荷载作用下，大部分的楼板的拉/压应力都处于混凝土的极限拉应力之内（ftk = 2.39Mpa），说明混凝土不会被拉裂。只在塔楼顶部楼层的核心筒与混合楼板交接处，以及9楼的悬挑楼板处，出现了拉应力超过ftk的情况。除了上述的分析计算外，还采取了以下的措施来加强楼板与核心筒的连接，以及改善9楼楼板拉应力超过界限的情况：

1．在核心筒内锚固钢梁，与楼板的受拉钢筋相连，将受拉钢梁的拉力传递至核心筒上。

2．选择适当的施工次序以避免楼面拉应力过大。在9楼处，先施工楼面钢梁而不施工楼板，等上部结构完成之后再施工楼面。这样自重作用下的内力会由钢梁来承担，楼板的内力即会减小；

3．在9楼悬挑楼面处，增加双向水平斜撑以增加楼面刚度，

通过以上分析，可知整个结构分析基于弹性楼板的假定是可行的（大部分楼板都处于弹性范围之内）；楼板刚度折减至5%的分析确保了楼面钢梁的承载力；并且3点加强措施确保水平力的有效传递，结构的受力状态也得到了一定的优化。

结构抗震加强措施

针对以上分析结果，应加强结构分析计算，注重结构抗震概念设计与构造确保该工程安全、可靠、经济：

剪力墙端设型钢暗柱。

塔楼悬挑部分楼板加水平斜杆，确保水平力的有效传递。

塔楼悬挑部分增设斜杆作为二道防线。

部分塔楼柱采用型钢混凝土组合柱，以增强承载力和延性。

安排进行振动台试验，以验证计算分析结果。

加强局部转换结构的配筋及配筋率。

严格控制柱轴压比，确保满足规范要求

五、结论

从ETABS、SATWE及LS DYNA分析软件的结果比较显示，基本分析结果吻合，所以结果可靠。现方案满足了规范 “三个水准” 的抗震设防要求，并达到了设计预设的相关性能指标。

根据本工程存在的超限情况，从结构计算分析、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。