林書佚

1 概述

近十年來，我國高層建筑在各地層出不窮，建筑的高度不斷增加，平面形式也越來越復(fù)雜，這一點(diǎn)在地震設(shè)防烈度與風(fēng)荷載均相對(duì)較小的重慶地區(qū)尤為突出。不少高層建筑已經(jīng)超出了GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和JGJ 3-2001高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的適用范圍和相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)定。目前重慶地區(qū)的超限高層建筑工程主要還是集中在結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則從而導(dǎo)致的超限上。從實(shí)際工程情況來看，其他方面均不超限的前提下，平面不規(guī)則也會(huì)在很大程度上導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大，甚至危及結(jié)構(gòu)的抗震安全。

2 工程概況

該工程為重慶涪陵濱江國際花園二期工程，建設(shè)地點(diǎn)位于重慶市涪陵區(qū)濱江片區(qū)。地面上33層均為住宅，地下1層為大底盤車庫。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)特征周期為0.35 s，水平地震影響系數(shù)最大值為0.04，場地類別為Ⅱ類。

本工程主樓主體高度為99 m，在A級(jí)設(shè)計(jì)限值以內(nèi)，故抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地面粗糙度為B類，基本風(fēng)壓按100年一遇取值(W0=0.35 kN/m2)。

根據(jù)建筑物的平面形狀及功能要求，本工程采用了兩道抗震縫將建筑物從地下室頂板面起分為三幢單體，縫寬均滿足規(guī)范要求。這三幢單體均為33層高層住宅，標(biāo)準(zhǔn)層平面布置完全相同，因此本文僅取其中一幢進(jìn)行分析。

本工程結(jié)構(gòu)體系選用全落地剪力墻結(jié)構(gòu)，不存在豎向構(gòu)件轉(zhuǎn)換的情況，但由于地下車庫停車位及車行通道的布置，豎向構(gòu)件的位置及尺寸受到相當(dāng)大的限制。另外，標(biāo)準(zhǔn)層邊梁高度由于建筑立面要求均為600 mm。

3 方案一

本工程在方案階段結(jié)構(gòu)專業(yè)已經(jīng)介入，對(duì)建筑專業(yè)提供的方案一進(jìn)行了初步分析。

3.1 平面規(guī)則性分析

該主體標(biāo)準(zhǔn)層平面布置為Y形。

1)90°方向:平面凸出一側(cè)的尺寸為 l=14 317 mm，該方向總尺寸為 Bmax=32 080 mm，l/Bmax=44.6%＞35%。 45°(135°)方向:平面凸出一側(cè)的尺寸為 l=10 470 mm，該方向總尺寸為Bmax=36 537 mm，l/Bmax=28.7%＜35%。2)0°方向:細(xì)腰部分 b=14 000 mm，該方向總尺寸為 Bmax=31 000 mm，b/Bmax=45.2%＜50%。45°(135°)方向:細(xì)腰部分 b=6 900 mm，該方向總尺寸為Bmax=21 800 mm，b/Bmax=31.7%＜50%。3)90°方向:平面凸出部分長度與連接寬度之比為 l/b=1.02。45°(135°)方向:平面凸出部分長度與連接寬度之比為l/b=1.52。

該平面有樓梯及電梯開洞(由于電梯開洞處四周均為剪力墻，因此不計(jì)入樓板開洞面積中)，開洞面積比率小于30%，任一方向的有效樓板寬度均大于5 m，樓板在開洞處的凈寬度為9.58 m，小于該層樓板典型寬度(典型樓板寬度采用加權(quán)平均計(jì)算[3])30.3×50%=15.15 m。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，本工程屬于高度不超限，平面不規(guī)則，豎向規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。

3.2 結(jié)構(gòu)分析及主要結(jié)果

本工程采用PMSAP程序進(jìn)行了小震作用下的彈性計(jì)算及時(shí)程分析，按地震選波三要素，選取Ⅱ類場地上的2組實(shí)際強(qiáng)震記錄TAF-235波、TH2TG035波及1組人工模擬的場地波RH2TG035進(jìn)行彈性時(shí)程分析。主要計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 方案一結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析結(jié)果

綜上所述，該方案整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度明顯不足，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。

4 方案二

結(jié)構(gòu)專業(yè)將方案一平面不規(guī)則的情況反饋給了建筑專業(yè)，建筑專業(yè)根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)的建議對(duì)方案進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的方案(方案二)的結(jié)構(gòu)平面形狀及尺寸見圖1。

4.1 平面規(guī)則性分析

該主體標(biāo)準(zhǔn)層平面布置仍為Y形，結(jié)構(gòu)平面形狀尺寸見圖1。

1)90°方向:平面凸出一側(cè)的尺寸為 l=8 521 mm，該方向總尺寸為 Bmax=27 645 mm，l/Bmax=30.8%＜35%。 45°(135°)方向:平面凸出一側(cè)的尺寸為 l=10 500 mm，該方向總尺寸為Bmax=30 993 mm，l/Bmax=33.9%＜35%。2)0°方向:細(xì)腰部分 b=14 900 mm，該方向總尺寸為Bmax=23 200 mm，b/Bmax=64.2%＞50%。45°(135°)方向:細(xì)腰部分 b=10 900 mm，該方向總尺寸為Bmax=21 800 mm，b/Bmax=50%。3)90°方向:平面凸出部分長度與連接寬度之比為 l/b=0.57。45°(135°)方向:平面凸出部分長度與連接寬度之比為l/b=0.96。

與方案一計(jì)算有效樓板寬度的方式相同，該方案平面開洞面積比率小于30%，任一方向的有效樓板寬度均大于5 m，樓板在開洞處的凈寬度為10.48 m，大于該層樓板典型寬度(典型樓板寬度采用加權(quán)平均計(jì)算)18.84×50%=9.42 m。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，本工程屬于高度不超限，平面及豎向均規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。

4.2 結(jié)構(gòu)分析及主要結(jié)果

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算選用軟件及各項(xiàng)參數(shù)的選取與方案一完全相同，主要計(jì)算結(jié)果見表2。

與方案一相比較，方案二的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯減少了，也就是說結(jié)構(gòu)布置，截面尺寸等更加合理，從而進(jìn)一步確保了結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的安全。

表2 方案二結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析結(jié)果

5 結(jié)語

從本工程兩個(gè)方案的對(duì)比分析可以看出，相對(duì)平面較規(guī)則的方案二結(jié)構(gòu)的周期及位移均符合規(guī)范要求，也就是說，這一方案在水平荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較小，在水平荷載作用下整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形受力將更加均勻，減少了出現(xiàn)薄弱層以及薄弱構(gòu)件的幾率，從而使結(jié)構(gòu)更加安全可靠。

因此，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該盡可能早的介入整個(gè)高層建筑的設(shè)計(jì)中去，從最初的建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就從結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)理、控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性等的角度出發(fā)為方案提出適當(dāng)?shù)男薷慕ㄗh，并調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使其既能滿足建筑專業(yè)使用功能的要求，其計(jì)算結(jié)果又能滿足結(jié)構(gòu)專業(yè)規(guī)范及規(guī)程的要求，這樣建筑的安全性及經(jīng)濟(jì)性都將達(dá)到更加令人滿意的結(jié)果。

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] DB 51/T5058-2008，四膽省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 朱炳寅.對(duì)《建筑抗震設(shè)狡規(guī)范》第 6.1.14條規(guī)定的理解和設(shè)計(jì)思考[J].建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)通訊，2006(8):20-23.