李建文 吳衛(wèi)華 田智友

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院，重慶 400016)

1 工程概況

本工程位于重慶市涪陵區(qū)高筍塘，主要功能為商業(yè)及住宅，立面效果圖如圖1所示。該建筑占地面積約為14 100 m2，兩棟標(biāo)塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面相同，塔樓總建筑面積為74 526 m2，地下2層，地上塔樓28層，裙房9層，轉(zhuǎn)換層設(shè)在第9層，塔樓主體結(jié)構(gòu)高度為104.8 m。主體結(jié)構(gòu)平面為L形，如圖2所示。

圖1 建筑效果圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

工程所在地抗震設(shè)防烈度6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0.05g。建筑抗震設(shè)防類別為丙類建筑，其中商業(yè)部分為乙類建筑。該場地為I0類場地，場地特征周期為0.2 s。底部加強(qiáng)區(qū)抗震等級［1，2］一級，以上抗震等級為三級;基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值:取 0.4 kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)體系與布置

該結(jié)構(gòu)塔樓采用鋼筋混凝土部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，嵌固層(地下室)以下連為一體，嵌固層以上設(shè)縫分開，結(jié)構(gòu)平面尺寸為39.4 m×39.6 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.9 m。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。為了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換層X，Y方向的側(cè)向剛度，在建筑四周布置了多片剪力墻。剪力墻厚度500 mm，框支柱截面尺寸為1 400 mm×1 400 mm～900 mm×1 900 mm，裙房框架柱截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm～800 mm×800 mm，框支梁截面尺寸為600 mm×600 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C60。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

本工程屬于平面和豎向都不規(guī)則的超限高層，根據(jù)現(xiàn)行《高規(guī)》5.1.13條關(guān)于計(jì)算的有關(guān)規(guī)定，為了徹底掌握結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動特性，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了反應(yīng)譜分析、中震彈性分析、彈性時程分析、靜力彈塑性分析、動力彈塑性分析及應(yīng)力分析，并根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，以下介紹其關(guān)鍵的計(jì)算結(jié)果。

圖3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面圖

3.1 結(jié)構(gòu)彈性分析

采用PMCAD-SATWE和MIDAS BUILDING兩種通用有限元軟件對塔樓進(jìn)行分析，剪力墻采用墻元模型，梁、柱采用桿單元，樓板采用剛性假定。分析結(jié)果如下所示:

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性:結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和重力荷載之比即為剛重比，是反映結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)，分析表明:X向剛重比2.58，Y 向剛重比1.95。剛重比均大于 1.4，能夠通過高規(guī)(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

周期比:高規(guī)的3.4.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比，為結(jié)構(gòu)的周期比。A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9;B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。本工程周期比為0.81，小于規(guī)范0.85的限制要求。

位移角:位移角為樓層層間位移與層高之比，其目的是限制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的水平位移，確保高層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移。本工程位移角為:1/2 127(X向地震)，1/1 848(Y向地震)，1/3 353(X 向風(fēng))，1/2 597(Y向風(fēng))。

轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部的等效剛度比:2.86(X)，2.95(Y)均滿足高規(guī)附錄E的要求。

另外，其軸壓比、剛度比等均滿足規(guī)范要求。以下僅列出其部分對比計(jì)算結(jié)果。

表1為塔樓前6振型的周期。

表1 塔樓前6振型周期 s

3.2 轉(zhuǎn)換層樓板應(yīng)力分析

本工程考慮偶然偏心扭轉(zhuǎn)位移比為1.38＞1.2，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。通過MIDAS BUILDING軟件按照中震CQC法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，考察樓板在中震下的反應(yīng)來近似模擬按小震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在中震作用下的樓板應(yīng)力分布狀況。中震地震影響系數(shù)最大值αmax=0.12。連梁剛度折減系數(shù)取為0.5，同時不考慮風(fēng)荷載的作用。通過調(diào)整以上分析參數(shù)，驗(yàn)算轉(zhuǎn)換層樓層平面在中震作用下的應(yīng)力云圖，見圖4。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，轉(zhuǎn)換層局部最大樓板應(yīng)力為1.74 MPa，小于樓板C60混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2.04 MPa，轉(zhuǎn)換層在中震作用下處于彈性階段。

圖4 X向地震作用下轉(zhuǎn)換層樓板應(yīng)力分析結(jié)果

3.3 動力彈塑性分析

本工程屬于復(fù)雜高層，為了更清楚的掌握其在大震下的動力性能及可能存在的薄弱層，計(jì)算了結(jié)構(gòu)在天然波1(USA，IMPERIAL VALLEY，Tg=0.2 s)、天然波 2(1 971，SAN FERNANDO，Tg=0.2 s)和一組人工波作用的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。地震加速度時程曲線的最大值取125 cm/s2。

分析結(jié)果見表2。

表2 大震下位移角

從表2中可以看出，結(jié)構(gòu)滿足1/100的抗倒塌位移角的要求，另從位移變化曲線看出，結(jié)構(gòu)豎向位移曲線在轉(zhuǎn)換層上下有突變，因此將重點(diǎn)加強(qiáng)此區(qū)域的構(gòu)造。

4 結(jié)語

高位轉(zhuǎn)換建筑在低烈度區(qū)通過適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施、在投資增加不是太多的情況下即可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)采取了以下加強(qiáng)措施:

1)加強(qiáng)落地剪力墻和框支層以上兩層剪力墻，剪力分布筋配筋率0.5%以上，墻暗柱配筋率1.3%～1.5%左右，根據(jù)彈塑性分析結(jié)果，加薄弱部位剪力暗柱配筋率至1.9%左右。

2)軸壓比控制:對鋼筋混凝土框架柱按一級抗震控制在0.55(采用井字復(fù)合箍增加0.10)，短柱除外;對剪力墻在底部加強(qiáng)部位按一級控制在0.55。

3)框支柱、框支梁、底部剪力墻按中震彈性進(jìn)行設(shè)計(jì)配筋。

［1］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.