1、陜西銀泰中心工程的工程概況

陜西銀泰中心工程由銀泰置業(yè)有限公司投資，集服務(wù)、辦公、娛樂、高級公寓于一體的型群體建筑，該群體建筑位于陜西建國門外國貿(mào)橋的西南角，是陜西中心商業(yè)區(qū)(CBD)核心地帶，東l臨東三環(huán)路，北靠建國門大街，

建筑面積：總占地3．1305萬平方米，總建筑面積34．98萬平方米，地面以下建筑面積8．629萬平方米，地面以上建筑面積26．3708萬平方米。

大型群體建筑由A座酒店住宅樓、B座辦公樓、C座辦公樓、E座南裙房和D1、D2座(包D1、D2．座)北裙房五部分組成，各相鄰結(jié)構(gòu)主體在地上部分以伸縮縫、抗震縫完全斷開，230m、寬130m的四層地下室在地下將它們連成一個整體。(圖1)為整個工程的總體屋頂平面圖，(圖2)為整個工程北立面的效果圖

圖一

圖二

A座酒店住宅樓為63層的全鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度249．5m，該建筑功能包括商場、普通公寓、豪華公寓、柏悅級酒店和高級娛樂場所。本文主要介紹A座酒店住宅樓鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點。

2、酒店結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系

(圖3)為酒店住宅樓結(jié)構(gòu)的一個標(biāo)準(zhǔn)層平面，外框筒平面尺寸為39．5(m)x39．5(m)，高寬比6．32，標(biāo)準(zhǔn)層高3400mm、3300mm，普通柱距為5m。內(nèi)筒平面尺寸15．6(m)x15．6(m)，柱距不大于4．725mo外框筒、內(nèi)筒的四個角采用箱型鋼柱；高：1200ram的扁十字形截面鋼柱沿外框筒四周布置，高900mm的工字形截面鋼柱沿內(nèi)筒四周布置。在水平力作用下，外框筒中除了腹板框架抵抗部分傾覆力矩外，翼緣框架柱受拉受壓形成的力臂用以抵抗水平荷載產(chǎn)生的部分傾覆力矩。從(圖3)可知，內(nèi)筒的平面尺寸比外筒的平面尺寸小許多，外筒的高寬比6．32比內(nèi)筒的高寬比16小許多，外筒的側(cè)向剛度遠(yuǎn)大于內(nèi)筒的側(cè)向剛度。因此，在酒店住宅樓建筑物的周邊形成了外框筒全三維結(jié)構(gòu)體系以抵抗水平荷載的作2E邊用。由于5層(4．5m層高)及其以下樓層(一～四層5．5m層高)比標(biāo)準(zhǔn)層層高(分別為3．4m、3．3m、3．8m)高許多，在該部位內(nèi)筒四周設(shè)置了柱間支撐以防止結(jié)構(gòu)的層間側(cè)向剛度下柔上剛。

由(圖3)可知，外框筒柱距最大為5m，外框筒裙梁剪力滯后的嚴(yán)重程度大小決定了框筒的翼緣框架能否充分發(fā)揮整體作用，也決定了該結(jié)構(gòu)體系能否成為框筒結(jié)構(gòu)體系。為此，在地震作用下，對大柱距的周邊外框筒進(jìn)行了空間分析。

(圖4)為在x方向地震作用下外框筒的翼緣框架和腹板框架在1層、6層、25層的軸力分布圖。在1層角柱與中柱的軸力比約為6．29；在6層角柱與中柱的軸力比約為3．15；在25層角柱與中柱的軸力比約為2．74；底部樓層的剪力滯后相對嚴(yán)重一些，愈向上柱軸力值逐漸變小，剪力滯后現(xiàn)象緩和，翼緣框架柱的軸力分布趨于平均。對6層而言，該層外框筒承受的剪力占該層總剪力的83．5％，外框筒承受的傾覆力矩占該層總傾覆力矩的85％。由以上分析可知，對于采用相對較大的柱距和深裙梁，沿周圈布置截面高度較大的柱也能形成具有空間作用的框筒。為改善外筒裙梁剪力滯后現(xiàn)象，使翼緣框架柱受力均勻，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力效果，在設(shè)備層L17、L33、IA6設(shè)置了有限剛度的伸臂桁架并且貫穿內(nèi)筒。設(shè)置該外伸桁架嚴(yán)格控制該層與下層的側(cè)移剛度比，并遵守《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程}JGJ99—98中(以下簡稱《高鋼規(guī)程》)第3．3．1條中的規(guī)定，即該層的下層與該層的側(cè)移剛度比不小于70％，防止沿豎向剛度突變、應(yīng)力集中和整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受力有大的變化。

3、風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)分析

3．1風(fēng)荷載按規(guī)范取值和按風(fēng)洞試驗報告取值對結(jié)構(gòu)的分析陜西地區(qū)重現(xiàn)期為100年的基本風(fēng)0．5KN／m2，地面粗糙度按C類考慮。本工程在初步設(shè)計階段由加拿大RWDI公司作了風(fēng)洞試驗報告。圖5為按規(guī)范計算的風(fēng)荷標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的x方向樓層剪力與風(fēng)洞試驗報告提供的x方向、y方向一種組合后風(fēng)荷標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的最大樓層剪力的對比。

由(圖5)可知重現(xiàn)期為50年、100年風(fēng)洞試驗報告組合后計算的最大基底剪力比按規(guī)范計算的x方向基底剪力分別相差15％、5％，由于平面布置規(guī)整，風(fēng)洞試驗報告提供的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)組合后主體結(jié)構(gòu)影響也較小，主體結(jié)構(gòu)層間位移和鋼構(gòu)件的驗算由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范))GB50009—2001(以下簡稱《荷載規(guī)范》)計算的風(fēng)荷控制。

3．2風(fēng)作用下建筑物頂點及中間部分樓層舒適度的分析

表1為按規(guī)范的計算的重現(xiàn)期為10年建筑物頂層最大加速度，當(dāng)阻尼比設(shè)定為f=1．5％，2％時，滿足《高鋼規(guī)程》第5．1．1公共建筑的要求；當(dāng)阻尼比設(shè)定為毒--1％時，雖滿足《高鋼規(guī)程》第5．1．1。公共建筑的要求，但不滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)；表2為初步設(shè)計階段重現(xiàn)期為1年、5年、10年的情況下，豪華公寓L54’層、建筑物頂層最大加速度的風(fēng)洞試驗結(jié)果，預(yù)計的頂層最大加速度均在《高鋼規(guī)程》和ISO標(biāo)準(zhǔn)對公共建筑的要求之內(nèi)。當(dāng)阻尼比設(shè)定為f=1．5％|，2％時，L54層最大振動加速度滿足RWDI建議植范圍；當(dāng)阻尼比設(shè)定為f=1．O％時，在重現(xiàn)期為10年的情況下，U4層最大振動加速度不滿足RWDI建議植范圍；施工圖階段，部分樓層層高由3．3m加高到3．4m以及結(jié)構(gòu)計算的基本周期比風(fēng)洞試驗采用的結(jié)構(gòu)基本周期稍大一些，考慮到豪華公寓的高標(biāo)準(zhǔn)，在內(nèi)、外筒的L44．～L57層設(shè)置了73個流體阻尼器，其中x方向為35個流體阻尼器，y方向為38個流體阻尼器。阻尼器參數(shù)詳見表三，表四為整個建筑設(shè)置流體阻尼器前后在模擬脈動風(fēng)速(模擬脈動風(fēng)速由東南大學(xué)土木學(xué)院提供)的作用下L51～L54加速度的對比，從表四可以看出，設(shè)置流體阻尼器可以顯著降低L51～L54的最大加速度，從而提高了豪華公寓的舒適度。

4．1 酒店結(jié)構(gòu)抗震計算分析時涉及的設(shè)計反應(yīng)譜本工程處于8度設(shè)防區(qū)，第一組，II類場地土類別，rg=0：38s，要求該建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力不低于該地質(zhì)條件下8度抗震設(shè)防能力。地震作用按反應(yīng)譜振型組合法計算，采用的設(shè)計反應(yīng)譜為《建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范}GB5001 1—2001(以下簡稱《抗規(guī)》)和《高鋼規(guī)程}JGJ99—98中規(guī)定的設(shè)計反應(yīng)譜，以及《陜西銀泰中心場地評估報告》(以下簡稱《場地評估報告》)提供的符合該場地情況的設(shè)計反應(yīng)譜。圖6為酒店鋼結(jié)構(gòu)采用的以上三個文件規(guī)定的抗震設(shè)防烈度為8度50年超越概率63％的設(shè)計反應(yīng)譜的對照圖，其中阻尼比卵=2％，％=o．38s。當(dāng)結(jié)構(gòu)自振周期為6s時，《高鋼規(guī)程》設(shè)計反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)是《抗規(guī)》設(shè)計反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)的1‘．061倍，《抗規(guī)》設(shè)計反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)是《場地評估報告》設(shè)計反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)3．1l倍。

由(圖8)可知，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期超過5．5s時，按地震反應(yīng)最大的《高鋼規(guī)程}jGj99—98中規(guī)定的設(shè)計反應(yīng)譜進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)分析。由于《抗規(guī)}}GB50011—2001和《高鋼規(guī)程}}JGJ99-98中規(guī)定的設(shè)計反應(yīng)譜僅在6s范圍內(nèi)；為偏于安全，超過6s時的地震影響系數(shù)按6s時取值?？拐鹩嬎惴治鼋Y(jié)果：采用3維空間結(jié)構(gòu)模型計算，假定樓板在自身平面內(nèi)剛度無限大，固定端取在一層板面。(圖7)為結(jié)構(gòu)的前6個振型圖，它們前6個自振周期分別為T1=6．0799s，T2=6．0208s，T3=3．285s，T4=1．9751s，T5=1．9593s，T6=1．2115s。其中，T3=3．285s、T6=1．2115s為扭轉(zhuǎn)周期，結(jié)構(gòu)平面對稱。為考慮高振型的影響，計算采取90個振型，滿足90％以上有效質(zhì)量的要求。

(圖8)為按《荷載規(guī)范》在風(fēng)荷載作用下和按《抗規(guī)》、兩條自然波、一條人工波在多遇地震作用下X方向的樓層位移、位移角、樓層剪力、樓層彎距。三條地震波峰值取1750px／s2。由于超過6s時的地震影響系數(shù)按6s時取值，《抗規(guī)》所給設(shè)計反應(yīng)譜的地震作用偏大。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的反應(yīng)比按《抗規(guī)》所給設(shè)計反應(yīng)譜的地震作用小。設(shè)計時以《抗規(guī)》設(shè)計反應(yīng)譜的計算結(jié)果為基準(zhǔn)，并考慮放大系數(shù)1．061。39層以上取時程分析結(jié)果修正設(shè)計內(nèi)力。

5、結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析(Push—over Analysis)

5．1分析方法和分析模型靜力彈塑性分析是一種基于結(jié)構(gòu)性能的結(jié)構(gòu)抗震能力評估方法，在結(jié)構(gòu)上施加側(cè)向靜力荷載，直到某些構(gòu)件達(dá)到彈性極限或屈服點，已經(jīng)屈服或達(dá)到塑性彎矩的構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，構(gòu)件的內(nèi)力不再增加。當(dāng)繼續(xù)增加側(cè)向靜力荷載時，荷載會重新分配到其余處于彈性狀態(tài)的構(gòu)件上，直到其余的部分構(gòu)件也達(dá)到其彈性極限。，這個逐步加載的過程重復(fù)進(jìn)行，每加載一步就檢索是否有構(gòu)件屈服’，若有構(gòu)件屈服，便修改結(jié)構(gòu)剛度矩陣重新加載，這樣反復(fù)迭代直到抗側(cè)力體系不能再增加荷載使結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)或者已達(dá)到了相應(yīng)于某個階段目標(biāo)的位移值。承載能力極限狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)形成塑性機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生大的側(cè)向位移，從而引起結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，構(gòu)件退化，或發(fā)生脆性破壞。目標(biāo)位移值是結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心屋頂位置處達(dá)到的目標(biāo)位移，用以估計結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震作用下經(jīng)歷的總位移。按照以上結(jié)構(gòu)分析就得到了結(jié)構(gòu)基底剪力和屋頂側(cè)向位移的相關(guān)曲線。將基底剪力和相關(guān)的屋頂側(cè)向位移，分別轉(zhuǎn)換成譜加速度Sa和譜位移sd，并把它疊合到罕遇地震要求的需求譜上，二者在同一個坐標(biāo)系上。能力譜(Capacity Spectra)和需求譜(Demand Spectra)如圖1 1所示。本工程采用了美國伯克利大學(xué)編制的結(jié)構(gòu)分析軟件Etabs，側(cè)推時側(cè)向荷載加載模式采用了沿結(jié)構(gòu)高度均勻分布的加速度分布模式。進(jìn)行Push—over分析時，將與鋼柱剛性連

接的梁端設(shè)置了彎矩鉸(M3鉸)，在各柱端設(shè)置了軸力一彎矩鉸(PMM鉸)，斜向支撐設(shè)置了軸力鉸(P鉸)．o按照ATC-40所建議的方法定義了各鉸的性能骨架曲線，(圖9)所示。其中水平軸表示變形或位移，豎向軸表示力。骨架曲線分為線性上升段(AB)、強化段(BC)一、下降段(CD)t和水平段(DE)四個階段，分別表示構(gòu)件彈性工作、屈服后強化、達(dá)極限強度后承載力下降并部分退出工作的狀態(tài)。

5．2分析結(jié)果

在結(jié)構(gòu)的X、l，方向分別進(jìn)行了Push—over分析，由于本結(jié)構(gòu)平面為正方形，X、y兩個方向完全對稱，結(jié)構(gòu)沿x、l，兩個方向的動力特性、剛度、強度大同小異，兩個方向的分析結(jié)果基本相似，因此，以下僅給出了沿y方向的Push—over分析結(jié)果。(圖10)為y方向結(jié)構(gòu)基底剪力和屋頂側(cè)向位移的關(guān)系曲線，側(cè)推前，結(jié)構(gòu)所承受的初

始豎向荷載為：恒載標(biāo)準(zhǔn)值+0．5x活載標(biāo)準(zhǔn)值；鋼構(gòu)件材料強度采用《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板}YB4104—2000中Q345GJ，質(zhì)量等級為C級。

(圖1 1)為結(jié)構(gòu)沿y方向在8度罕遇地震作用下彈塑性分析結(jié)果能力譜和需求譜曲線；能力譜穿越了結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震的需求譜并超過了一段距離，說明該結(jié)構(gòu)能夠抵抗8度罕遇地震的作用并有一定的富裕度。能力譜和需求譜曲線相交于一點；該點為罕遇地震性能控制點lo按照《抗規(guī)》要求的符合該場地情況的設(shè)計反應(yīng)譜，該性能控制點所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)頂點位移為1．579m，此時結(jié)構(gòu)基底剪力約為，109000KN。對應(yīng)到結(jié)構(gòu)基底剪力和屋頂側(cè)向位移的關(guān)系曲線(圖12)中即為該圖中的Bj點，此時結(jié)構(gòu)各層最大層間位移角如圖14所示，最大層間位移角為1／92，出現(xiàn)在第’10·層，小于《抗規(guī)))GB5001—1’一2001和《高鋼規(guī)程))JGJ99—98規(guī)定的1／50的要求。圖：13’為性能控制點所對應(yīng)的．A1、A4軸線鋼框架產(chǎn)生的塑性鉸及其分布情況(其中，空心圓表示塑性鉸的發(fā)展B—IO段，實心圓表示塑性鉸的發(fā)展IO—LS段)，塑性鉸大部分都產(chǎn)生在鋼梁端部，并且都分布在結(jié)構(gòu)的中下部，大部分鋼梁端部塑性鉸的屈服程度都很淺，小部分鋼梁端部塑性鉸的屈服程度絡(luò)有加深，梁端都沒有脫離屈服工作狀態(tài)，而且離梁端脫離屈服工作終點還有一段距離’，即塑性鉸還沒有發(fā)展到LS—CP段。有少量的鋼柱構(gòu)件下端產(chǎn)生了屈服程度很淺的塑性鉸，僅有一個鋼柱構(gòu)件下端產(chǎn)生的塑性鉸的屈服程度絡(luò)有加深，但離極限承載力點仍有可觀的距離，塑性鉸還沒有發(fā)展到LS—CP段。無粘結(jié)阻尼支撐雖然設(shè)在了46層也產(chǎn)生了受壓塑性鉸，說明該結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震作用下無粘結(jié)阻尼支撐在起作用。總體而言，該結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震作用下仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。

按照《抗規(guī)》要求的符合該場地情況的設(shè)計反應(yīng)譜，8’度設(shè)防烈度性能控制點所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)頂點位移為0．943m，此時結(jié)構(gòu)基底剪力約為68000KNo對應(yīng)到結(jié)構(gòu)基底剪力和屋頂側(cè)向位移的關(guān)系曲線(圖：10)中即為該圖中的A點，此時結(jié)構(gòu)各層最大層間位移角如(圖12)所示，最大層間位移角為1／199，出現(xiàn)在第’28層，有29根梁的兩端出現(xiàn)塑性鉸，其中有的塑性鉸產(chǎn)生在鋼梁一端，有的塑性鉸產(chǎn)生在鋼梁的兩端，一根斜撐的一端產(chǎn)生了塑性鉸，這些塑性鉸都是剛剛產(chǎn)生，塑性鉸的屈服程度都很淺。其它鋼柱構(gòu)件未產(chǎn)生塑性鉸。該結(jié)構(gòu)在8度設(shè)防烈度下基本處于完好狀態(tài)。按照《場地評估報告》提供的符合該場地情況的設(shè)計反應(yīng)譜，8度罕遇地震性能控制點與按照《抗規(guī)》要求的符合該場地情況的設(shè)計反應(yīng)譜8度設(shè)防烈度性能控制點相距很近，在罕遇地震作用下，絕大部分構(gòu)件都處于彈性狀態(tài)。由以上分析結(jié)果可知：按照《抗規(guī)》要求，該結(jié)構(gòu)可以承受8、度罕遇地震作用，并有一定的安全富裕。該結(jié)構(gòu)在8度中震作用下，僅有少量鋼梁端部產(chǎn)生屈服程度很淺的塑性鉸。滿足《抗規(guī))GB5001 1—2001中震可修，大震不倒盼設(shè)計原則。按照《場地評估報告》要求，

該結(jié)構(gòu)具有充足的抗震能力。此外，由(圖1I)可以看出，罕遇地震性能控制點與結(jié)構(gòu)破壞之間尚有一段距離。在結(jié)構(gòu)破壞前一階段，L5～L40之間的大部分梁端均出現(xiàn)了塑性鉸；大多數(shù)塑性鉸的屈服程度都在強化的初期階段，部分塑性鉸的屈服程度處在強化的中期階段，仍處于強化上升的階段。極少數(shù)鋼柱的端部也出現(xiàn)了塑性鉸，整個結(jié)構(gòu)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)、，實現(xiàn)了整個結(jié)構(gòu)在大部分梁端出現(xiàn)塑性鉸的破壞機(jī)理，表明該結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。 6．在剛框架的強柱弱梁計算時，鋼柱采用屈服強度，鋼梁采用預(yù)期屈服強度(即鋼材的屈服強度加上鋼材屈服強度的波動范圍110Mpa)。避免發(fā)生梁端塑性鉸轉(zhuǎn)移到鋼柱上，無法控制鋼結(jié)構(gòu)理想的破壞機(jī)理。

7．雖然在內(nèi)、外筒的L44～L57層設(shè)置流體阻尼器是為了提高豪華公寓的居住舒適度，但也能夠降低地震作用，達(dá)到消能減震的效果。

來源：土木在線

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