秦明樂 張紹亮 韓 超

1 工程概況

本工程為大連東部地區(qū)新開發(fā)的數(shù)棟超高層建筑中的一棟,建筑緊鄰大連港客運(yùn)碼頭,商業(yè)定位為大連地區(qū)超豪華住宅樓。建筑層數(shù)為地上56層,地下3層,地上建筑高度185.95 m,地上建筑面積66 770 m2。該組團(tuán)共計(jì)有3棟建筑,3號(hào)樓是最高的一棟,標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖見圖1,其立面效果圖見圖2。

工程場址位于郯廬地震帶北段,區(qū)域中強(qiáng)地震活動(dòng)比較頻繁,郯廬斷裂下遼河—渤海段、金州斷裂、海城河斷裂、燕山—渤海斷裂等為影響場址的主要地震構(gòu)造,區(qū)域存在發(fā)生7度以上地震的構(gòu)造背景。地震危險(xiǎn)性分析和土層地震反應(yīng)分析給出場址設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)為:50年超越概率63%,10%的水平向地震動(dòng)峰值加速度和對(duì)應(yīng)譜特征周期土層場地分別為45 cm/s2,137 cm/s2,238 cm/s2和0.37 s,0.42 s,0.48 s,基巖場地分別為 32 cm/s2,95 cm/s2,166 cm/s2和0.35 s,0.40 s,0.45 s。場地類別為Ⅱ類。上部結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式采用箱形基礎(chǔ)。

2 抗震設(shè)計(jì)性能目標(biāo)

本工程高度超過150 m,按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,屬超B級(jí)超限高層,且高寬比大于8,亦大于規(guī)范要求很多,因此本工程采用了基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震安全性能進(jìn)行了論證,其抗震性能目標(biāo)值見表1。該目標(biāo)的制定原則為:小震下滿足結(jié)構(gòu)完好、無損傷、一般不需修理即可繼續(xù)使用;中震下結(jié)構(gòu)薄弱部位或重要部位的構(gòu)件完好、無損傷,其余部位有部分選定的具有延性的構(gòu)件出現(xiàn)明顯的裂縫,修理后可繼續(xù)安全使用;大震下結(jié)構(gòu)薄弱部位或重要部位的構(gòu)件有輕微損傷,出現(xiàn)裂縫,其他部位有選定的具有延性的構(gòu)件發(fā)生中等損壞,出現(xiàn)明顯裂縫,進(jìn)入屈服階段,需要修理并采取一些安全措施后才可繼續(xù)使用。

表1 抗震性能目標(biāo)

3 多遇地震分析

3.1 彈性分析

本工程Y方向剛度小于X方向剛度,因此本文僅就Y方向進(jìn)行分析,X方向略。另外本工程在多遇地震作用下的計(jì)算結(jié)果小于風(fēng)荷載的作用,因此這里也列出了風(fēng)荷載的計(jì)算結(jié)果。

本工程分別采用SATWE(2007.8版),ETABS(V9.2.0版)和MIDAS/GEN(ver.730版)3個(gè)軟件進(jìn)行了分析計(jì)算,并按風(fēng)荷載作用和多遇地震作用分別進(jìn)行計(jì)算。在風(fēng)荷載作用時(shí)參照了該工程的《風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告》,在地震荷載作用下參照了該工程的《場地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》。主要計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 SATWE主要計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出,3個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果都比較接近。另外最大層間位移角發(fā)生在43層～48層之間,即發(fā)生在塔樓的上1/3處,說明該工程的變形是以彎曲變形為主的,這也是該工程的高寬比較大、剛度偏低造成的結(jié)果,因此設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮。

3.2 彈性時(shí)程分析

本工程分別采用上述3個(gè)軟件進(jìn)行了彈性時(shí)程分析法的不同計(jì)算,輸入的地震加速度時(shí)程曲線分別是遼寧省地震研究所提供的本場地地表人工加速度時(shí)程曲線user1(超越概率63%)、地震記錄天然波1T及TAFT波。時(shí)程分析時(shí)主分量峰值加速度取45 cm/s2,結(jié)構(gòu)阻尼比為5%,底部剪力計(jì)算結(jié)果見表3。計(jì)算表明,每條波計(jì)算的底部剪力都不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的底部剪力的65%,3條波計(jì)算的底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。從最大樓層剪力曲線看(見圖3),振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的結(jié)果略小于彈性時(shí)程分析法的計(jì)算結(jié)果的平均值,因此設(shè)計(jì)中采用了時(shí)程分解結(jié)果的包絡(luò)值。

表3 彈性時(shí)程計(jì)算底部剪力 kN

4 中震驗(yàn)算

4.1 中震彈性驗(yàn)算

為保證底部加強(qiáng)部位主要受力構(gòu)件在中震作用下受剪及偏拉、偏壓承載力保持彈性,本工程進(jìn)行了中震彈性驗(yàn)算。部分墻肢的計(jì)算結(jié)果見圖4。計(jì)算結(jié)果表明,底部加強(qiáng)部位的部分墻肢拉應(yīng)力較大,最大值為7.0 N/mm2,超出了混凝土的抗拉強(qiáng)度,因此在所有出現(xiàn)拉應(yīng)力的墻肢及外墻交角部位均設(shè)置了型鋼柱,用型鋼柱承受墻肢的所有拉力,而偏壓計(jì)算時(shí)則不考慮型鋼柱的作用,將其作為一種安全儲(chǔ)備,從而保證主要墻肢的受力安全。

4.2 中震不屈服驗(yàn)算

對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)以外的墻肢進(jìn)行中震不屈服驗(yàn)算,該部位墻肢將按照中震不屈服和小震彈性的內(nèi)力較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算還表明所有墻肢的最大剪應(yīng)力均不大于控制剪應(yīng)力0.7ftk(墻肢受壓時(shí))和0.4ftk(墻肢受拉時(shí)),滿足剪力墻抗裂驗(yàn)算的要求。

5 大震驗(yàn)算

強(qiáng)度驗(yàn)算采用SATWE程序,因時(shí)程分析時(shí)3條波計(jì)算的底部剪力平均值為反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的1.07倍,所以在大震驗(yàn)算時(shí)將地震作用也放大了1.07倍,地震相應(yīng)系數(shù)最大值 amax=0.5,結(jié)構(gòu)阻尼比0.07。計(jì)算結(jié)果表明,底部加強(qiáng)部位剪力墻的地震剪力均小于大震受剪截面應(yīng)力控制條件(Vw＜0.15βCfckbwhw0)。

彈塑性分析采用EPDA程序,判斷條件為截面剛度退化到初始界面剛度的60%,計(jì)算結(jié)果見圖5。從圖5可以看出,需求譜曲線和能力曲線的焦點(diǎn)坐標(biāo)(T,A)=5.410 s,0.074;對(duì)應(yīng)的層間位移角為1/179,小于1/120,滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

如此高的超高層鋼筋混凝土剪力墻建筑,從經(jīng)濟(jì)的角度看并非是一種理想的結(jié)構(gòu)形式,但當(dāng)建筑的需要必須作這種結(jié)構(gòu)形式時(shí),基于抗震性能目標(biāo)的設(shè)計(jì)非常重要。通過中震和大震分析驗(yàn)算,在本工程中發(fā)現(xiàn)了許多薄弱環(huán)節(jié),只有對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)處理,才能保證建筑的安全。

本工程對(duì)這些薄弱部位的處理方法總結(jié)為:1)加強(qiáng)底部加強(qiáng)部位的豎向構(gòu)件的承載能力,特別是抗拉承載能力;2)注意短墻肢的設(shè)計(jì),將短墻肢的剪力進(jìn)行適當(dāng)放大;3)調(diào)整剪力墻的布置以減少地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。本工程經(jīng)過調(diào)整剪力墻后的縱橫向周期比為0.92,結(jié)構(gòu)的整體抗扭性能還是比較好的。

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