南通建筑工程抗震审查设计说明.docx
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南通建筑工程抗震审查设计说明
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一、工程概况
本工程为办公、酒店、会议三为一体的综合建筑。
主楼平面为
43.6米X39.2米的规则长方型。
结构地上部分为54层，顶部另有50米高的构架，主要屋面处的高度为209.80米。
裙房五层高度24.3米，以中部通高的酒店大堂与主楼相连。
设有2层地下室，埋深为13.5米总建筑面积约11万平方米。
其中，地上部分为约为10万平方米，地下部分约为1万平方米。
将形成大型综合性高端精品商务社区。
工程处于连接南通市老城区和经济开发区的重要位置，将打造成南通新城核心的标志性建筑。
二、设计依据
1、国家规范、规程：
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）；
《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2004）；
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）；
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）。
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）；
《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）；
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；
《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99）；
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）。
《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）；
2、现行江苏省地方规范、规程。
3、建筑、机电等专业提供的设计条件。
4、工程地质勘察报告：
启东市建筑设计院有限公司提供的《南通中南国际贸易中心岩土工程勘察报告》（详勘阶段）工程编号：
2006136
三、设计条件
1、结构的设计使用年限
本工程设计使用年限为50年。
2、建筑物的建筑结构安全等级为二级。
地基基础设计等级：
甲级
地下工程防水等级：
二级。
桩基安全等级：
一级。
3、本工程地下人防抗力级别为核6级。
四、设计荷载
1、楼面，屋面恒载及活荷载
功能分区
楼面恒载标准值
（KN/㎡、不含板自重）
楼面活荷载标准值
（KN/㎡）
办公室
2.0
2.0
舞厅，大堂
2.0
4.0
客房
1.5
2.0
空调机房、电梯机房
1.2
7.0
消防疏散楼梯，
公共楼梯
1.5
3.5
发电机房，变配电室
1.2
10
大会议厅，商场
2.0
3.5
避难层
1.2
3.5
卫生间（办公、客房）
2.0
2.0
卫生间（公共部分）
2.0
2.5
餐厅
2.0
2.5
走廊，门厅
2.0
3.5
上人屋面
4.5
2.0
特殊房间设备重另外计入。
2、风荷载：
根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））附录D,取南通市100年一遇基本风压为0.50kN/㎡，风压高度变化系数按地面粗糙度B类取值。
3、雪荷载：
根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）附录D,取南通市50年一遇基本雪压为0.25kN/㎡。
4、地震作用
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）附录A，南通市抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组。
场地类别为Ⅲ类,场地特征周期为0.45S。
地震影响系数最大值为0.04（多遇地震）、0.112（中震）。
计算地震作用时，采用《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）提供的地震影响系数曲线，结构阻尼比取0.05。
根据《建筑抗震设防分类标准》（GB500223-2004）本工程建筑物抗震设防类别为丙类。
（主楼内人员数量小于10000人）
五、工程地质与水文条件
1、根据勘察报告，场地地层自上而下依次为：
层素填土:
黄褐色,松散,土质不均。
场区普遍分布，厚度:
0.70-1.20m,平均0.96m;层底标高:
2.05-2.77m,平均2.35m;层底埋深:
0.70-1.20m,平均0.96m。
层粉质粘土夹粉土:
黄褐色-青灰色,可塑,含铁锰结核,捻面较光滑,稍有光滑,中等韧性,中等干强度,中压缩性,本层下部夹粉土。
场区普遍分布，厚度:
1.00-3.90m,平均2.08m;层底标高:
-1.56-1.40m,平均0.27m;层底埋深:
2.00-4.70m,平均3.04m。
层粉砂夹粉土:
灰色,稍密,饱和,主要成分为石英斜长石,夹粉土薄层。
场区普遍分布，厚度:
14.50-18.50m,平均15.77m;层底标高:
-17.91--14.53m,平均-15.52m;层底埋深:
18.00-21.00m,平均18.83m。
层粉细砂:
灰色,密实,饱和,主要成分为石英斜长石,中压缩性,。
场区普遍分布，厚度:
10.00-15.00m,平均12.94m;层底标高:
-30.68--27.34m,平均-28.46m;层底埋深:
30.70-34.00m,平均31.78m。
层淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂:
以淤泥质粉质粘土为主,夹薄层粉土、粉砂及粉质粘土,灰色,稍有光泽,中等干强度,中等韧性,流塑~软塑,中压缩性。
场区普遍分布，厚度:
14.50-19.80m,平均16.14m;层底标高:
-48.47--43.14m,平均-44.66m;层底埋深:
46.50-51.70m,平均47.97m。
层粉细砂:
灰色,密实,饱和,主要成分为石英斜长石。
场区普遍分布，厚度:
13.70-19.20m,平均17.49m;层底标高:
-63.35--61.13m,平均-62.44m;层底埋深:
64.50-66.60m,平均65.73m。
层中粗砂:
灰黄色,密实,颗粒级配良好-均匀,主要成分为石英斜长石。
该层未穿透。
桩基设计参数见下表：
土层
序号
土层
名称
层厚
（m）
钻孔灌注桩
予制桩
压缩模量
Mpa
Qsik（kpa）
Qpk
（kpa）
Qsik（kpa）
Qpk
（kpa）
2
粉质粘土夹粉
2.08
12
15
10.29
3
粉砂夹粉土
15.77
50
70
14.4
4
粉细砂
12.94
80
100
7000
16.39
5
淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂
16.14
40
60
7.18
6
粉细砂
17.49
80
100
11.1
7
中粗砂
未见底
130
4000
150
35
备注：
Qsik为第i层桩侧土极限侧阻力标准值，Qpk为桩端土极限端阻力标准值。
2、地下水
根据野外钻探，地下水类型为孔隙潜水，主要赋存于2~4层土中，水位主要受大气降水和地表水补给影响，勘探期间测得平均初见地下水位标高为1.46米，平均稳定水位标高为1.57米（黄海高程）。
场地历年最高水位为自然地面下0.5米（黄海高程2.8米），为抗浮最高水位，地下水位年变化幅度为0.5~2.0米（黄海高程2.8~1.3米）.
场地地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土中钢筋在长期浸水部位无腐蚀性，在干湿交替部位具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
3、由勘察报告可知拟建场区内无液化土。
六、上部结构设计
南通国际贸易中心工程主楼54层、裙楼5层，设有2层地下室，其中主楼办公层层高为4米，酒店层层高为3.5米，裙房层高为5米。
在主楼与裙楼之间地下室顶板以上设置防震缝，地下室顶板以下连为整体，设计时采用控制沉降、设置后浇带调整沉降差等措施而不设永久沉降缝。
主楼檐口标高208.70米，室内外高差1.1米，结构总高度209.8米，不包括出屋面电梯机房及水箱间。
采用钢筋混凝土框架-筒体结构。
根据建筑物高度，按造《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002），抗震分类确定地下室顶板以上主楼框架及核心筒剪力墙抗震等级均为二级。
裙楼采用现浇钢筋混凝土框架，框架抗震等级为四级。
结构计算以地下室顶板为嵌固部位，地下室顶板厚度为200，地下一层等效剪切刚度大于地上一层等效剪切刚度2倍以上。
一）裙楼设计：
5层裙楼长为49米（1~8轴），宽为50米（B~N轴），高23米，采用现浇钢筋混凝土框架，为满足使用功能、建筑方案的要求，在5~8轴二层以上至屋面有中庭处开大洞造成楼板不连续，而竖向刚度无突变，为平面不规则而竖向规则的结构，计算时采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，并计及扭转的影响，严格控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍。
主报告厅处梁跨度较大且梁高受限，部分框架梁及次梁（主报告厅）采用预应力混凝土梁或钢梁（大堂屋面）。
楼板采用现浇钢筋混凝土楼板，板厚一般为120mm.,局部加厚为150mm。
结构布置与构件尺寸详见具体图纸。
二）主楼设计：
主楼的主体结构高度为209.8米，超过《高层建筑混凝土结构设计技术规程》规定的A级高度（150米，框架-核心筒结构），属于不超过B级建筑高度（210米），高宽比为5.3小于7.0，
扭转规则性：
主楼扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比值小于0.85，在考虑偶然偏心的地震作用下，楼层的最大弹性水平位移和层间位移分别与该楼层两端弹性水平位移平均值和层间位移平均值的比值小于1.2，属于扭转规则。
凹凸规则性：
结构平面凹凸尺寸及平面尺寸均未超出规范限值，属于凹凸规则。
楼板局部连续性：
楼板的尺寸和平面刚度的变化，酒店中庭开洞面积（计入电梯和通风排烟井）和有效板宽，均未超出规范限值，属于楼板连续，无较大错层。
侧向刚度规则性：
所有楼层侧向刚度均未超出规范限值，属侧向刚度规则结构。
竖向抗侧力构件的连续性：
主楼竖向抗侧力构件的内力向下传递连续。
楼层承载力的突变：
主楼抗侧力结构的层间受剪承载力均不小于相邻上一楼层的80%，楼层承载力不存在突变。
由此判断主楼结构平面及竖向均规则的高度不超过B级高度的超高层建筑。
主楼采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构；利用楼梯、电梯间及后勤用房的围合墙体形成钢筋混凝土剪力墙核心筒,并由连接每层柱和核心筒的主梁提供框架作用、以形成框架–核心筒效应共同抵抗水平风力及水平地震的作用。
保证了建筑物具有良好的抗震性能和强风作用下良好的舒适度。
主楼的核心筒及主要框架柱的排列在几何形状上基本对称，虽然主楼在2/3高度除开有中空大厅，贯穿其上15层，导致整体结构不完全对称，然而计算分析表明整体结构的偏心与扭转现象非常轻微。
主楼的楼面为钢筋混凝土梁板结构。
楼板由大致等距的钢筋混凝土梁承托。
楼板采用现浇钢筋混凝土楼板，整体性良好。
塔楼标准层的内梁高度为700mm，框架边梁高度为800mm，楼板厚度为120mm。
结构布置及构件尺寸详见具体图纸。
七、结构计算及分析
根据建筑物使用功能，结构形式和抗震设防烈度要求，进行上部结构的整体空间分析计算。
1．计算软件
1）采用中国建筑科学研究院PKPM-CAD工程部编制的《多层及高层建筑结构空间有限分析与设计软件SATWE》（2006.06）。
2）韩国POSCO公司编制的MIDAS-GEN空间有限元结构分析与设计软件
2．计算参数
1）抗震设防烈度为6度，场地类别为Ⅲ类。
主楼：
分别采用振型分解反应谱法和时程分析法计算结构响应，弹性时程分析分别取地面运动最大加速度为18gal,选取PKPM软件提供的两条实测波TH1TG045,TH3TG04和一条人工波RH1TG045。
裙楼采用振型分解反应谱法计算结构响应。
2）主楼考虑中震下的结构性能分析。
取水平地震影响系数最大值αmax为0.112。
3．计算结果与分析
1）主楼：
振型分解反应谱法
分别计算了结构在竖向荷载、X、Y方向的风荷载及地震作用下的内力与位移。
结果如下：
计算程序
SATWE
周期序号
周期（s）
X向平动比例
Y向平动比例
扭转比例
自振周期
（秒）
T1
5.1398
0.00
1.00
0.00
T2
4.2574
1.00
0.00
0.00
T3
3.2615
0.00
0.00
1.00
T4
1.5938
0.00
0.94
0.06
T5
1.3154
0.01
0.06
0.93
T6
1.2497
0.99
0.00
0.01
T7
0.8200
0.00
0.65
0.35
T8
0.7546
0.01
0.35
0.64
T9
0.6264
0.99
0.00
0.01
T3为第一扭转周期Tt/T1=0.63
方向
X向
Y向
有效质量系数
93.05%
94.76%
地震作用
基底总剪力Qo（kN）
12696
11018
Qo/Wt（%）
0.65
0.56
基底总弯矩Mo（kN·m）
1,221,049
1,171,340
水平位移
最大层间
位移角
△u/h
1/2177
1/1703
所在楼层
48
43
规范限值
1/588
风载作用
总风力Qo（kN）
16278
18092
基底总弯矩Mo（kN·m）
2254874
2565488
水平位移
最大层间
位移角
△u/h
1/1694
1/1084
所在楼层
43
42
规范限值
1/588
重量（包括承重结构,非承重结构,活荷载）
总重量Wt（kN）
1,968060
计算程序
MIDAS-GEN
周期序号
周期（s）
X向平动比例
Y向平动比例
扭转比例
自振周期
（秒）
T1
5.2725
0.0005
0.9994
0.00
T2
4.6834
0.9994
0.0005
0.0001
T3
2.7845
0.0001
0.0004
0.9995
T4
1.3982
0.0000
0.9989
0.0011
T5
1.3141
0.9981
0.00
0.0018
T6
1.1378
0.0020
0.0009
0.9971
T7
0.7724
0.00
1
0.00
T8
0.7542
0.0001
0.9970
0.0029
T9
0.6717
0.9753
0.0002
0.0245
T3为第一扭转周期Tt/T1=0.53
方向
X向
Y向
有效质量系数
91.56%
92.19%
地震作用
基底总剪力Qo（kN）
11927
11412
调整后的Qo/Wt（%）
0.55
0.53
基底总弯矩Mo（kN·m）
1368850
1308419
水平位移
最大层间
位移角
△u/h
1/2183
1/1996
所在楼层
49
45，46
规范限值
1/588
风载作用
总风力Qo（kN）
14757
16110
基底总弯矩Mo（kN·m）
1874520
2043967
水平位移
最大层间
位移角
△u/h
1/1536.
1/1253
所在楼层
49
47
规范限值
1/588
重量（包括承重结构,非承重结构,活荷载）
总重量Wt（kN）
2169420
结论：
1．x向刚重比3.32,y向刚重比2.17。
均通过了结构整体稳定的验算。
Y向刚重比小于2.7，应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。
2．框架柱轴压比均小于0.7，剪力墙轴压比均小于0.55。
3．在地震作用下，结构的楼层层间最大位移角均满足规范要求。
4．变形曲线特征：
结构最大楼层位移曲线X向和Y向均过渡光滑，无拐角出现。
体现了框架-筒体的典形受力特征。
5．主楼按100年一遇、地面粗糙度B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。
6．顶点加速度：
顶点舒适度按照10年一遇的风荷载计算，建筑物顶点顺风加速度0.03m/s2；建筑物顶点横风加速度0.13m/s2，均小于规范要求（0.25m/s2）
扭转位移比：
在考虑偶然偏心影响的水平地震作用下，楼层竖向构件的最大（层间）水平位移与平均（层间）位移的比值如下表：
方向
最大层位移
平均层位移
最大位移/平均层位移
规范限值
所在
楼层
最大层间位移
平均层间位移
最大层间位移/平均层间位移
规范限值
所在楼层
X向（-5%）
0.47
0.43
1.10
1.4
2
0.43
0.39
1.10
1.4
2
X向（+5%）
1.07
0.96
1.12
1.4
3
0.59
0.53
1.12
1.4
3
Y向（-5%）
0.67
0.59
1.13
1.4
2
0.62
0.55
1.13
1.4
2
Y向（+5%）
0.63
0.59
1.07
1.4
2
0.59
0.55
1.06
1.4
2
SATWE计算结果（位移单位：
mm）
验算结果显示位移比指标均未大于1.2,且第一扭转周期与第一平动周期的比值小于0.85。
墙、柱倾覆力矩
在水平地震作用下，墙、柱倾覆力矩百分比列表如下:
SATWE计算结果
方向
总地震倾覆力矩
柱承受倾覆力矩占总倾覆力矩百份比
墙承受倾覆力矩占总倾覆力矩百份比
X向
1864256kN．m
20.8%
（387820kN．m）
79.2%
（1476436kN．m）
Y向
1628191kN．m
26.2%
（426348kN．m）
73.8%
（1201843kN．m）
从计算得知，在抗侧构件中，剪力墙承担的倾覆力矩占总倾覆力矩的73.8%至79.2%，是最主要的抗侧构件。
在抗震设计时，外框架承担的总剪力应按底部地震剪力的20％和1.5Vf,max的较小值采用。
中震下的结构性能分析
取水平地震影响系数最大值αmax为0.112，在SATWE中进行中震分析。
结果显示，在水平地震力的作用下，x和y向的最大层间位移角分别为1/758和1/588，这表明主楼结构中的竖向构件（剪力墙和柱），在中震作用下，仍能保持弹性工作，主体结构具有良好的抗震性能。
计算结果显示，中震下的剪力墙底名义剪应力小于0.4ftk（混凝土的抗拉强度标准值）。
基于性能的抗震设计
该工程的特点总高度较大，但平面及竖向较规则，核心筒尺寸较大，按6度设防，截面承载力不受小震的地震力控制，由风荷载控制。
其性能要求是：
增大外框架承担的地震力，且底部的框架柱设型钢或芯柱加强。
除少数外框架梁外竖向构件（墙，柱）在中震下均保持弹性，最大层间位移在结构的43层，中震下底层墙平均剪应力小于0.4ftk，接近满足大震下不出现剪切裂缝的控制条件，大震下底部加强部位基本上不屈服。
结构总体上达到性能目标C类的要求。
2）主楼：
弹性时程分析法:
选取PKPM软件提供的两条实测波和一条人工波进行分析验算。
结构分析及设计采用SATWE与MIDAS-GEN空间有限元结构分析与设计软件。
SATWE计算结果（位移单位：
mm）
结构
响应
方向
最大层位移
平均层位移
最大位移/平均层位移
基底剪力
最大层间位移
平均层间位移
最大层间位移/平均层间位移
最大层间位移角
TH1TG045
X向
18.7
18.6
1.01
9273
1.31
1.29
1.02
1/2947
Y向
16.0
14.5
1.10
8672
0.86
0.76
1.13
1/4054
TH3TG045
X向
29.9
29.7
1.01
10138
1.47
1.42
1.04
1/2761
Y向
38.1
36.5
1.04
8746
1.54
1.11
1.39
1/2273
RH1TG045
X向
51．1
50．9
1.01
12759
1.76
1.75
1.01
1/2248
Y向
69.5
69.2
1.01
10198
1.73
1.47
1.18
1/2021
结果显示，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均大于振型分解反应谱法求得的底部剪力65％，三条时程曲线计算所得的底部剪力的平均值大于振型解反应谱法求得的底部剪力80％，均满足规范要求。
且结构最大层位移，最大层间位移角均小于CQC法计算的结果。
总体而言，时程法计算结果与反应谱法计算结果基本吻合，符合设计标准的要求。
3）针对B级高度的高层建筑采取的主要措施
在设计中采取以下主要技术措施:
∙按规范要求严格控制剪力墙及框架柱的轴压比,并在主楼结构底部设置型钢柱或芯柱加强，以增强结构体系的可靠度。
∙按规范严格对构件进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算,在构件设计时,按规范要求采取相应的构造措施。
∙按规范要求控制周期比和位移比,以尽可能限制结构的扭转效应。
∙按规范严格控制最大位移角,使结构具有足够的刚度,以避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。
∙按规范严格控制层刚度比,以避免薄弱层的存在,使结构在强烈地震作用下不会在薄弱部位产生较大弹塑性变形,导致结构严重破坏甚至倒塌。
∙为减轻结构自重、减少地震反应,以降低结构建造成本,同时,为合理控制整个结构体系的刚度分布,以使结构体系能很好地适应地震作用。
在进行结构构件布置时,竖向构件断面随着楼层的增加而相应减小,在剪力墙上的适当位置布置必要的结构洞同时,合理安排水平构件的布置,以构成合理有效的梁板体系,形成清晰有效的结构传力路径。
∙严格按”强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱构件”的原则进行结构设计。
通过主塔楼进行较为详细和精确的分析计算,同时相应采取了积极和有效的措施,在多遇地震作用情况下,主楼的结构体系完全能满足有关规范和标准的规定,达到超高层的抗震设计要求，考虑中震地震作用时，结构体系仍能保持在弹性状态而未屈服。
4）裙楼：
振型分解反应谱法
分别计算了结构在竖向荷载、X、Y方向的风荷载及地震作用下的内力与位移。
结果如下：
计算程序
SATWE
周期序号
周期（s）
X向平动比例
Y向平动比例
扭转比例
自振周期
（秒）
T1
1.3579
0.01
0.94
0.05
T2
1.3239
0.96
0.02
0.02
T3
1.2269
0.04
0.05
0.91
T4
0.3933
0.02
0.93
0.05
T5
0.3881
0.92
0.04
0.04
T6
0.3597
0.09
0.04
0.87
T3为第一扭转周期Tt/T1=0.9
方向
X向
Y向
有效质量系数
98.94%
99.20%
地震作用
基底总剪力Qo（kN）
2491
2445
Qo/Wt
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