武 芳

(深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，廣東 深圳 518054)

1 工程概述

本工程位于珠海市拱北區(qū)，占地1.5萬(wàn)m2。地上由 A，B，C三座42層塔樓及局部4層商業(yè)組成，地下設(shè)有2層地下室，總高度143.40 m。屬超高層一類(lèi)建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)。

三座塔樓均為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，底部4層裙房連在一起，在6層板面轉(zhuǎn)換，為超B級(jí)高度工程;4層商業(yè)裙房采用框架結(jié)構(gòu)，與A～C單元之間通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)連接。地下2層部分區(qū)域設(shè)3個(gè)六級(jí)人防分區(qū)。

本工程利用電梯井、樓梯間設(shè)置筒體剪力墻，標(biāo)準(zhǔn)層墻厚為200 mm～400 mm。轉(zhuǎn)換層以下，塔樓中心筒體及周邊部分墻體落地，其余均為框支柱轉(zhuǎn)換。落地剪力墻及筒體加厚，厚度200 mm～1 200 mm?？蛑訕前搴穸热?80 mm，相鄰層板厚不小于150 mm，雙層雙向配筋。

由于篇幅有限，本文主要介紹A座塔樓超限設(shè)計(jì)分析要點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1，圖2。

工程設(shè)計(jì)年限50年，地震烈度7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，基本加速度值為0.10g。根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》)，框支框架及底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻為特一級(jí)，框架及一般部位剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。

基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁。樁端持力層選用中風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖層，樁端承載力特征值為6 500 kPa，12 000 kPa。樁徑主要為1.0 m～2.2 m，樁長(zhǎng)約13 m～39 m。樁基的安全等級(jí)為一級(jí)。

圖1 A座塔樓轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 A座塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

本工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告提供的多遇地震影響系數(shù)取值大于規(guī)范值，為安全起見(jiàn)，本工程多遇地震反應(yīng)譜部分采用安評(píng)報(bào)告提供的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，設(shè)防地震和罕遇地震仍按規(guī)范值計(jì)算。

2 超限類(lèi)型及工程抗震性能目標(biāo)

1)塔樓高度143.40 m，為超B級(jí)高度;

2)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，樓層最大彈性層間位移與平均值的比值為1.37，大于 1.2;

3)豎向構(gòu)件不連續(xù)，結(jié)構(gòu)在六層設(shè)有轉(zhuǎn)換層，為高位轉(zhuǎn)換;

4)有效樓板寬度小于典型樓板寬度50%。

根據(jù)以上四項(xiàng)超限判定，對(duì)應(yīng)的各類(lèi)型結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能目標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各類(lèi)型結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能目標(biāo)

3 彈性計(jì)算結(jié)果及分析

采用SATWE及ETABS兩個(gè)軟件進(jìn)行多遇地震下的彈性計(jì)算分析。計(jì)算中考慮偶然偏心，雙向地震及扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響。兩種程序計(jì)算結(jié)果基本一致，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，說(shuō)明計(jì)算模型能較好的反映結(jié)構(gòu)在風(fēng)及地震作用下的彈性受力性能。表2為A座塔樓計(jì)算結(jié)果部分?jǐn)?shù)據(jù)，剪重比按規(guī)范調(diào)整后為1.6%。

表2 A座塔樓彈性反應(yīng)譜計(jì)算分析結(jié)果

采用SATWE軟件按建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地震分組，選用兩組天然地震波和一組人工模擬地震波進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析，分析結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 A座塔樓彈性時(shí)程分析結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，地震波的選擇滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 中震設(shè)計(jì)

中震設(shè)計(jì)以基本烈度地震參數(shù)輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析，采用SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算，框支柱在設(shè)防地震作用下計(jì)算配筋與多遇地震作用時(shí)基本相同，提高縱筋最小配筋率和最小體積配箍率進(jìn)行配筋，在設(shè)防地震作用下，框支柱可保持彈性狀態(tài);落地剪力墻在設(shè)防地震作用下，豎向鋼筋計(jì)算配筋偏大，提高剪力墻約束邊緣構(gòu)件配筋率進(jìn)行配筋，能滿(mǎn)足設(shè)防目標(biāo)要求;個(gè)別框支梁及一般剪力墻設(shè)防地震作用下計(jì)算配筋比多遇地震作用時(shí)大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照設(shè)防地震作用下的計(jì)算配筋進(jìn)行校核，以達(dá)到設(shè)防目標(biāo);連梁及普通框架梁，設(shè)防地震作用下大部分計(jì)算配筋比多遇地震時(shí)大，部分連梁及框架梁超筋，梁端出現(xiàn)屈服，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)配筋，特別是箍筋，以保證梁的屈服性質(zhì)是具有延性的抗彎屈服。

5 罕遇地震下靜力彈塑性分析

本工程采用結(jié)構(gòu)通用計(jì)算軟件Midas/Gen進(jìn)行靜力彈塑性分析(即Pushover)，以評(píng)估此建筑主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的抗震性能。Midas/Gen的Pushover分析是基于FEMA-273和ATC-40標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算中采用非線(xiàn)性本構(gòu)關(guān)系模型，梁?jiǎn)卧脧澢q，柱單元用PMM鉸，墻單元兩端采用PM鉸，中間采用等效剪切鉸。

計(jì)算結(jié)果表明:在罕遇地震作用下，A座塔樓有部分梁塑性鉸和極少數(shù)墻塑性鉸產(chǎn)生。其中，部分梁的塑性鉸發(fā)展到CP階段(防止倒塌極限狀態(tài));極少數(shù)墻的塑性鉸發(fā)展到CP階段，X方向轉(zhuǎn)換層上一層個(gè)別鉸發(fā)展到E階段(最大變形能力狀態(tài))。出鉸情況表明，在罕遇地震作用下，剪力墻承擔(dān)了絕大部分的地震作用，結(jié)構(gòu)整體上處于塑性發(fā)展階段的初期，結(jié)構(gòu)整體上滿(mǎn)足“大震不倒”的性能目標(biāo)。

6 超限結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施

針對(duì)本工程超限情況，采取了以下措施:

1)施工圖設(shè)計(jì)時(shí)主要構(gòu)件(框支框架，落地剪力墻等)取各程序計(jì)算得到的不利結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)對(duì)帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，采取措施減小轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度和承載力的變化;適當(dāng)增大框支梁截面，將框支梁剪壓比控制在0.15以?xún)?nèi)。

3)對(duì)轉(zhuǎn)換層、標(biāo)準(zhǔn)層核心筒部位、各塔樓連接層及其他薄弱部位樓板增加板厚，加強(qiáng)配筋。

4)適當(dāng)提高框支柱的配筋率，內(nèi)設(shè)芯柱;加大底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋及豎向分布筋配筋率;在底部筒體外圍剪力墻的約束邊緣構(gòu)件內(nèi)配置鋼筋芯柱，配筋率大于0.8%，同時(shí)保證其抗剪承載能力達(dá)到“強(qiáng)剪弱彎”的抗震結(jié)構(gòu)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

該工程屬于超限高層建筑，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)定了三水準(zhǔn)抗震性能目標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用多個(gè)程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性，彈塑性計(jì)算分析，除保證結(jié)構(gòu)在小震及風(fēng)荷載作用下處于彈性狀態(tài)外，補(bǔ)充了關(guān)鍵構(gòu)件在中震和大震下的驗(yàn)算，并對(duì)重要構(gòu)件采取了加強(qiáng)措施，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的性能目標(biāo)，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

[1] GB 50011-2010，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] 趙 明，于海博，毛英杰，等.超限高層小震設(shè)計(jì)與中震設(shè)計(jì)的對(duì)比分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010，40(10):45-46.

[4] DBJ/T 15-46-2005，廣東省實(shí)施《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3-2002)補(bǔ)充規(guī)定[S].