【摘 要】珠海恒虹廣場(chǎng)屬超B級(jí)高度超限建筑工程，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取了基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，以及一系列比現(xiàn)行規(guī)范更加嚴(yán)格的抗震加強(qiáng)措施，基本保證轉(zhuǎn)換層能達(dá)到預(yù)期的性能水準(zhǔn)目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層；主次梁轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換梁上一層剪力墻；性能設(shè)計(jì)；應(yīng)力分析

1 工程概況

珠海恒虹廣場(chǎng)位于珠海市迎賓南路與粵海東路交叉口北側(cè)，南望珠海拱北關(guān)口，為大型超高層商住樓，建筑面積12萬m2。建筑物地下2層，地上41層，其中：1~4層為大底盤商場(chǎng)，層高5.2m；5層為綠化架空層，由于該層要滿足建筑師提出的有足夠凈空及視線通透的功能要求，于該層頂（6層樓面）設(shè)轉(zhuǎn)換層，層高6m；6~41層分為A、B、C三個(gè)住宅塔樓，層高3m；結(jié)構(gòu)形式為多塔+部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑總高度137.6m，屬超過B級(jí)高度的超限高層建筑結(jié)構(gòu)。

建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。工程抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g。II類場(chǎng)地土，場(chǎng)地特征周期Tg=0.35s。50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓W0=0.85kN/m2，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)水平位移；100年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓W0=0.90kN/ m2，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)承載力。

2 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層受力特點(diǎn)

2.1 轉(zhuǎn)換層常見的抗震不利問題

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于要實(shí)現(xiàn)建筑物標(biāo)準(zhǔn)層及底部若干層不同的使用功能，通常采用在功能分界的位置設(shè)轉(zhuǎn)換層。通常存在以下抗震不利的問題：

2.1.1 結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件不連續(xù)，同時(shí)水平構(gòu)件截面較大，需加大轉(zhuǎn)換層層高以滿足功能要求，在轉(zhuǎn)換層處存在較大的剛度突變，形成上剛下柔的結(jié)構(gòu)；

2.1.2 由于要有效傳遞不落地豎向構(gòu)件的水平剪力及豎向荷載，通常轉(zhuǎn)換層樓板需加厚、且轉(zhuǎn)換構(gòu)件截面較大，造成轉(zhuǎn)換層質(zhì)量增加，因此會(huì)造成質(zhì)量不規(guī)則，該巨大質(zhì)量所處位置越高，地震反應(yīng)越大；

根據(jù)振型分解反應(yīng)譜計(jì)算方法可知，上述剛度突變、質(zhì)量不規(guī)則必然會(huì)導(dǎo)致樓層地震效應(yīng)的突變，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需采取有效措施以保證其安全性。

2.2 本工程的轉(zhuǎn)換層特點(diǎn)

2.2.1 由于建筑功能要求，本工程的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在裙房屋面以上，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）第10.6.2條規(guī)定：轉(zhuǎn)換層不宜設(shè)置在底盤屋面的上層塔樓內(nèi)，否則應(yīng)采取有效的抗震措施。

2.2.2 本工程轉(zhuǎn)換層位于6層樓面（結(jié)構(gòu)第5層），屬高位轉(zhuǎn)換；

2.2.3 轉(zhuǎn)換層采用鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)換，由于要兼顧5層架空通透及1~4層商場(chǎng)大開間的功能要求，存在較多主、次梁轉(zhuǎn)換?！陡咭?guī)》第10.2.10條規(guī)定：當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時(shí)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析，按應(yīng)力校核配筋，并加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施；B級(jí)高度框支剪力墻高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，不宜采用框支主、次梁方案。

本工程轉(zhuǎn)換層平面詳下圖1。

3 本工程轉(zhuǎn)換層的分析及設(shè)計(jì)

3.1 轉(zhuǎn)換層的抗震性能水準(zhǔn)目標(biāo)

由于本工程為超限高層建筑結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為確保其抗震性能，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)制定了一系列抗震性能水準(zhǔn)目標(biāo)如下：

3.1.1 在多遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足彈性設(shè)計(jì)要求，包括全部構(gòu)件的抗震承載力和層間位移均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，即小震不壞。

3.1.2 在設(shè)防烈度地震時(shí)，結(jié)構(gòu)薄弱部位及重要部位(如框支框架、剪力墻底部加強(qiáng)區(qū))處于彈性工作狀態(tài)。結(jié)構(gòu)按非線性分析計(jì)算，允許有些選定的部位(如連梁、普通框架梁)接近屈服，但不發(fā)生剪切等脆性破壞，各構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造滿足中等延性要求，即中震可修。

3.1.3 在罕遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)薄弱部位及重要部位不屈服，即不考慮內(nèi)力調(diào)整的地震作用效應(yīng)和抗震承載力按強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算滿足要求；結(jié)構(gòu)按非線性分析計(jì)算，允許有些選定的部位進(jìn)入屈服階段但不發(fā)生剪切等脆性破壞，且應(yīng)滿足彈塑性變形限值要求，各構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造滿足高延性要求，即大震不倒。

3.1.4 對(duì)于以上各項(xiàng)性能水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)樓蓋體系必須有足夠安全的承載力，以保證結(jié)構(gòu)的整體性，要求樓板在三階段地震中基本處于彈性反應(yīng)狀態(tài)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層可歸納為“小震及中震彈性、大震不屈服”的性能目標(biāo)。

3.2 轉(zhuǎn)換層的三水準(zhǔn)下的分析

采用SATWE進(jìn)行三水準(zhǔn)地震作用計(jì)算，采用ETABS進(jìn)行校核，采用MIDAS/GEN進(jìn)行大震階段的補(bǔ)充驗(yàn)算；

3.2.1 小震階段，轉(zhuǎn)換梁截面800x1600~ 1600x2400不等，框支柱截面1200x1200~ 2000x1400不等，以桿單元模擬梁、柱，以殼單元模擬剪力墻，以膜單元模擬框支層樓板，框支框架及落地剪力墻抗震等級(jí)均取特一級(jí)，計(jì)算后的轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比見表1。

3.2.2 中震階段，荷載及材料強(qiáng)度均取設(shè)計(jì)值，不考慮地震作用調(diào)整系數(shù)及強(qiáng)柱弱梁內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，考慮截面抗震承載力調(diào)整系數(shù)，結(jié)果顯示有部分框支梁、框支柱的內(nèi)力較小震時(shí)有所增加，但配筋仍屬構(gòu)造范圍；

3.2.3 大震階段，荷載及材料強(qiáng)度均取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮地震作用調(diào)整系數(shù)及強(qiáng)柱弱梁內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，不考慮截面抗震承載力調(diào)整系數(shù)，結(jié)果顯示相當(dāng)一部分框支梁的內(nèi)力較中震時(shí)有明顯增加，個(gè)別框支梁配筋為計(jì)算配筋，框支柱配筋仍屬于構(gòu)造配筋。設(shè)計(jì)時(shí)，該部分構(gòu)件按大震內(nèi)力控制。

采用MIDAS/GEN軟件對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行大震階段的補(bǔ)充驗(yàn)算，以實(shí)體單元模擬轉(zhuǎn)換梁及框支柱、落地剪力墻，以殼單元模擬不落地剪力墻，單元尺寸200~300mm，以C塔樓1~4軸交A~E軸局部樓層為例，模型詳圖2

框支框架的變形及Von-Mises應(yīng)力云圖詳下圖3；以KZL1、KZL12為例，主次梁轉(zhuǎn)換處構(gòu)件變形及應(yīng)力云圖詳下圖4：

經(jīng)補(bǔ)充計(jì)算后，采用應(yīng)力積分方法，求出各轉(zhuǎn)換梁控制截面的內(nèi)力，與 SATWE模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其內(nèi)力不盡相同，以轉(zhuǎn)換梁KZL1小震作用下的內(nèi)力為例，其對(duì)比結(jié)果詳下表2，采用兩者的大值進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。

注：?jiǎn)挝粸閗N、kN*M

4 轉(zhuǎn)換層上層剪力墻的分析及設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層上一層的剪力墻處在底部加強(qiáng)區(qū)，屬重要部位。按三水準(zhǔn)抗震性能目標(biāo)概括為：小震彈性，中震基本彈性，大震不屈服。以MIDAS/GEN與SATWE模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其內(nèi)力不盡相同，以剪力墻C2d小震作用下的內(nèi)力為例，其對(duì)比結(jié)果詳下表3

轉(zhuǎn)換梁承托其上剪力墻，在豎向荷載下產(chǎn)生變形，因而其上的剪力墻產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力，以C2d的SATWE的小震結(jié)果為例，控制剪力標(biāo)準(zhǔn)值V:

V=1.2x恒+0.6x活+1.4x0.2x風(fēng)+1.3x震

=1.2x1821+0.6x294+0.28x521+1.3x350=2962kN

豎向荷載產(chǎn)生的剪力占總剪力的80%，而往上幾層的此比例衰減很快，變?yōu)樗胶奢d產(chǎn)生的剪力占主導(dǎo)。

由于本層剪力墻的剪力很大，往往會(huì)出現(xiàn)剪壓比超限的問題，給設(shè)計(jì)帶來困難。規(guī)范提出的剪壓比的限制條件主要目的是為了防止墻體產(chǎn)生斜壓破壞，可在剪力墻墻身內(nèi)設(shè)交叉鋼筋暗撐解決，并適當(dāng)提高分布筋的配筋率，以提高墻體的承載力及延性。

5 轉(zhuǎn)換層及相鄰樓層的抗震加強(qiáng)措施

5.1 提高剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)抗震等級(jí)，框支框架及剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)抗震等級(jí)均提高為特一級(jí)。

5.2 提高剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的水平、豎向分布筋配筋率至0.5%；框支層上部分變形較大的不落地剪力墻墻身內(nèi)設(shè)交叉鋼筋暗撐；框支柱內(nèi)增設(shè)芯柱；適當(dāng)增加轉(zhuǎn)換梁寬度，嚴(yán)格控制剪壓比在0.15以內(nèi)

5.3 轉(zhuǎn)換層（6層樓面）樓板厚度取180mm；轉(zhuǎn)換層以上一層（7層）樓面樓板厚度不小于120mm;

5.4 裙房屋面板厚不小于150mm，A、B、C塔樓在裙房屋面連接處樓板應(yīng)力較大，板厚取300mm，各加強(qiáng)部位均采用雙層雙向配筋，其余應(yīng)力較大區(qū)域根據(jù)樓板中震作用下的拉應(yīng)力峰值計(jì)算出拉力，按彈性計(jì)算配筋。

6 結(jié)語

本工程屬超B級(jí)高度超限建筑工程，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取了基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，以及一系列比現(xiàn)行規(guī)范更加嚴(yán)格的抗震加強(qiáng)措施，基本保證轉(zhuǎn)換層能達(dá)到預(yù)期的性能水準(zhǔn)目標(biāo)。