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建筑结构丨国内最大的高层住宅隔震项目——成都凯德风尚隔震设计

成都凯德风尚项目高层剪力墙结构中采用了隔震技术专项设计。隔震层设置在地下室顶板以上,采用了近4000个隔震支座,隔震涉及建筑面积达40多万m2,是目前国内最大的高层住宅隔震项目。其隔震相关的结构设计由中国建筑科学研究院完成。


1 工程概况

成都凯德风尚是在汶川地震后设计完成的,此后经历了雅安地震的初步考验。位于成都市城西新区,总建筑面积为609301.75m2,地面上由2栋双拼别墅,26栋19~20层的高层住宅及1栋休闲商业楼构成。其中2#,4#,10#楼为地面以上2~3层,框架结构,地面以上高度为9.60~13.67m;其余建筑为剪力墙结构,地面以上19~20层,总高度为56.95~57.95m;地下室在地面以下一层,局部两层,整个项目的地下室连为一体,地上标准层结构平面示意见图1。抗震设防烈度为7度,基本地震加速度为0.10g,场地类别为Ⅱ类,地震分组第三组,场地特征周期为0.45s。


图1 结构平面示意图


2 隔震设计

2008年汶川地震后,为提高建筑的抗震性能,对2栋2层的框架结构别墅和26栋19~20层的高层剪力墙住宅结构进行了隔震设计,隔震层设置在地下室顶板以上,采用了近4000个隔震支座,隔震涉及建筑面积达40多万m2。隔震支座及装置布置见图2,隔震层施工照片见图3。



图2 隔震支座及装置布置图


图3 隔震层施工照片


隔震支座型号和主要参数见表1。



3 隔震效果

罕遇地震下隔震结构与非隔震结构的层间位移角见图4,可以看出,非隔震结构层间位移角最大值出现在结构中下部;隔震结构层间位移角最大值出现在隔震层,且该位置层间位移角很大,而其余楼层层间位移角均比较小,将其控制在1/600以内,结构可以达到罕遇地震可修的水准,非结构构件破坏大大减轻。


图4 隔震与非隔震结构罕遇地震层间位移角


根据结构楼层位移计算结果,罕遇地震下隔震层位移小于100mm,选用的最小的隔震垫直径500mm,允许位移275mm,可以在更大的地震作用时确保结构的安全。

罕遇地震(220gal)下结构的加速度反应见图5,可见所有楼层的加速度反应都小于地面输入加速度,大部分楼层的加速度反应小于非隔震结构反应的50%,这意味着罕遇地震时楼上的感觉小于地面的感觉,可大大改善使用者的感受,室内家具、设施倾倒的可能性大大减小。


图5 隔震结构罕遇地震下加速度反应及折减系数


从经济性比较来看,采用隔震设计后,结构的直接建设费用大概增加了150元/m2,约为非隔震设计前的10%左右。但使用期间维护及各种失效损失费用也大大减少,与隔震设计前的维护费用对比,隔震设计后其费用投入可以降低50%左右。


4 节点设计

4.1一般节点设计

凯德风尚为了将隔震设计对原建筑方案影响降到最低,并保持原有大范围地下室整体性,因此设计在塔楼首层与地下1层间增设了隔震夹层。在墙顶(底)设置了800mm宽的环梁,环梁上部设置了隔震支墩,如图6所示。


图6 隔震层一般节点


4.2 楼电梯井节点设计

对于电梯间,为了保证电梯竖向空间的连续性及满足楼梯的最小宽度要求,隔震支座偏向一侧布置,如图7所示。


图7 隔震层楼梯剖面图


4.3 设备管线节点设计

隔震层采用的立管、水平管柔性及电缆电线连接做法如图8所示。管道与隔震层墙、柱的距离要满足隔震结构的最大位移要求,以保证隔震层内水平方向具有充分的柔度及位移空间。


图8 设备连接节点设计


5 主要构造措施

5.1 抗拔装置措施

为了控制核心筒角部的拉应力,保证结构在超烈度地震作用下的安全性,设计考虑在相应部位设置抗拔装置的方式以降低支座承担的拉力。

抗拔装置设计如图9所示,其基本形态为相互垂直相扣的两个C字形钢框,该节点在设防烈度水平地震作用下不会发生相互作用,仅在超烈度地震作用下支座出现拉力时发挥作用。单个抗拔装置的抗拔力设计为1666kN左右。


图9 抗拔装置示意图


5.2 抗风装置措施

结构隔震层设计,应该考虑抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件。图10即为该装置的设计大样图,称之为X形抗风拉杆。抗风拉杆采用直径为20mm的钢筋与预埋在隔震层上下的U形锚钩相连,一组抗拔装置的抗拉力约186.2kN,抗风拉杆布置的数量根据两个方向风荷载作用下的剪力确定。


图10 抗风拉杆设计大样


更多内容详见《建筑结构》杂志:

2009年第6期文章,题目《成都凯德风尚高层建筑隔震设计与研究》;作者:肖从真,薛彦涛,曾德民,李永双;单位:中国建筑科学研究院;

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