沈國(guó)培

(甘肅省蘭州城市建設(shè)學(xué)校，蘭州 730046)

0 引言

本工程總用地面積為51 366m2，總建筑面積約為327 650m2。其中本結(jié)構(gòu)地下室地下為2層，局部為甲類(lèi)常6、核6級(jí)人防地下室。地下1層局部開(kāi)敞，各棟均按地下1層嵌固考慮；地上7棟均為48～50層高層建筑，部分塔樓平面布置相似，高層建筑為剪力墻結(jié)構(gòu)(1、2、3、7棟帶局部轉(zhuǎn)換)。以下將針對(duì)其中1棟的超限情況分析而展開(kāi)探討。

1 超限結(jié)構(gòu)布置

本工程住宅群中共7棟塔樓，都屬于B級(jí)高度高層住宅建筑，嵌固端為地下1層板面。7棟塔樓中1～3及5～6棟結(jié)構(gòu)平面布置相似，因此，本報(bào)告選取有代表性的1、4、7棟進(jìn)行超限分析。1棟塔樓為地下2層，地上48層的高層獨(dú)棟塔樓，從嵌固端算起總高度約為149m；4棟塔樓為地下2層，地上49層的高層獨(dú)棟塔樓，總高度約155m；7棟塔樓為地下2層，地上50層的高層獨(dú)棟塔樓，總高度約為156m。

1)塔樓抗側(cè)力體系。1、4、7棟塔樓均為抗震墻結(jié)構(gòu)，1、7棟4層(即建筑3層頂板)設(shè)有局部轉(zhuǎn)換，抗震墻轉(zhuǎn)換率不大于10%。

2)樓面體系。樓板體系的確定是與建筑的整體結(jié)構(gòu)體系、平面功能布置、機(jī)電要求，尤其與層高、凈高要求密切相關(guān)，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，樓面體系采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁、板體系。混凝土樓板的厚度為：嵌固層樓板(塔樓相關(guān)范圍)180～200mm，樓板面大開(kāi)洞周邊樓板、電梯筒周邊樓板為120～150mm，轉(zhuǎn)換部位樓板180mm，其他部位100～120mm。

3)嵌固層。以計(jì)算模型中的層數(shù)描述為準(zhǔn)，本結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明，地下2層的樓層側(cè)向剛度大于地下1層樓層側(cè)向剛度的2倍(《高規(guī)》5.3.7條)，具備了作為嵌固層的必要條件。嵌固層結(jié)構(gòu)采用梁板體系，塔樓相關(guān)范圍板厚采用180～200mm，且樓板無(wú)大開(kāi)洞存在。在設(shè)計(jì)中已考慮地下1層豎向構(gòu)件截面設(shè)計(jì)符合《抗震規(guī)范》6.2節(jié)要求，按框支柱一級(jí)，剪力墻二級(jí)設(shè)計(jì)，在施工圖設(shè)計(jì)階段，本工程還將考慮：地下2層柱每側(cè)縱向鋼筋面積，不小于相應(yīng)地下1層柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。地下1層塔樓相關(guān)范圍板雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%。由此可以判定：地下1層(即建筑地下室2層頂板)可以作為上部建筑結(jié)構(gòu)的嵌固層。

4)超限情況。根據(jù)結(jié)構(gòu)平面布置及程序分析結(jié)果，本工程的超限情況詳見(jiàn)表1。

表1 超限情況統(tǒng)計(jì)

2 多遇地震彈性時(shí)程分析

本建筑為B級(jí)高度剪力墻結(jié)構(gòu)且局部有轉(zhuǎn)換，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010)5.1.13條規(guī)定，應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充分析。采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的結(jié)構(gòu)分析程序SATWE進(jìn)行計(jì)算，建立分層模型，將各樓層的質(zhì)量集中于樓層處，形成彈性多質(zhì)點(diǎn)體系，然后輸入地震波 (數(shù)字化地震地面運(yùn)動(dòng)加速度)進(jìn)行時(shí)程分析，可得結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的位移、速度和加速度反應(yīng)，由位移反應(yīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。輸入7條地震波(由安評(píng)提供)，2條為場(chǎng)地人工波(人工波)，另5條為安評(píng)天然波，按6度地震，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地進(jìn)行多遇地震彈性時(shí)程分析。同時(shí)列出了各樓層層間位移角圖、最大剪力圖、最大彎矩圖見(jiàn)圖2。

表2 時(shí)程與反應(yīng)譜分析結(jié)果對(duì)比表

圖1 層間位移角圖

圖2 最大剪力圖

從上述分析結(jié)果表明，本結(jié)構(gòu)每條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力均不小于在振型分解反應(yīng)譜法的65%，同時(shí)計(jì)算3條時(shí)程曲線(xiàn)的基底剪力平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法的80%，顯然所選取的地震波滿(mǎn)足規(guī)范的相關(guān)要求。另外，本結(jié)構(gòu)在地震作用下的時(shí)程計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜結(jié)果接近，但根據(jù)新抗規(guī)的要求，采用7條地震波模擬時(shí)，應(yīng)采用時(shí)程計(jì)算結(jié)果的平均值與反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的較大值，故在下一步施工圖設(shè)計(jì)中采用反應(yīng)譜進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 樓板分析

本結(jié)構(gòu)的其中超限情況之一為在平面樓板開(kāi)大洞，造成樓板不連續(xù)。針對(duì)這種情況，需要進(jìn)行樓板應(yīng)力分析，以確保轉(zhuǎn)換層，以及其他薄弱部位樓板在多遇地震下保持彈性工作狀態(tài)，設(shè)防地震作用下不屈服，罕遇地震下不出現(xiàn)貫通性裂縫。

分析模型與參數(shù)：本結(jié)構(gòu)通過(guò)采用軟件Etabs進(jìn)行彈性樓板分析，分析時(shí)采用彈性板(同時(shí)考慮樓板平面內(nèi)和平面外剛度)來(lái)模擬彈性樓板，分析時(shí)混凝土的彈性模量采用短期模量。采用彈性反應(yīng)譜方法和彈性時(shí)程分析法分別計(jì)算彈性樓板應(yīng)力。對(duì)于彈性時(shí)程分析法分別選擇了一條人工波以及兩條天然波，時(shí)程波采用雙向施加，主方向：次方向=1：0.85。以下僅列出選擇反應(yīng)譜分析結(jié)果和具有代表性的人工波的分析結(jié)果如圖3所示。同時(shí)對(duì)大震作用下轉(zhuǎn)換層樓板X(qián)向地震樓板承載力進(jìn)行驗(yàn)算，其驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。

從上面圖中可以看出：轉(zhuǎn)換部分樓板由于加厚到180mm，且樓板開(kāi)洞少，整體性好，在多遇地震作用下，絕大部分區(qū)域樓板面內(nèi)拉應(yīng)力均小于C30混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(ft=1.43MPa)，在設(shè)防烈度地震作用下和罕遇地震作用下，除了一些應(yīng)力集中部位外，絕大部分區(qū)域樓板面內(nèi)拉應(yīng)力均小于C30混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(ftk=2.01MPa)。

上部標(biāo)準(zhǔn)層雖然樓板開(kāi)洞較大，但由于在樓板開(kāi)洞邊緣處都存在混凝土剪力墻與連梁，從而大大加強(qiáng)開(kāi)洞處結(jié)構(gòu)的整體性，使開(kāi)洞對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)整體性的影響降到最低；兩單元連接部位，樓板有效寬度較小，但因兩單元左右對(duì)稱(chēng)，該處樓板應(yīng)力并不大。在多遇地震作用下，標(biāo)準(zhǔn)層絕大部分區(qū)域樓板面內(nèi)拉應(yīng)力均小于C30混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(ft=1.43MPa)，在設(shè)防烈度地震作用下和罕遇地震作用下，絕大部分區(qū)域樓板面內(nèi)拉應(yīng)力均小于C30混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(ftk=2.01MPa)。因此，標(biāo)準(zhǔn)層樓板在多遇地震作用下基本保持彈性狀態(tài)，在設(shè)防烈度地震和罕遇地震下除應(yīng)力集中區(qū)域外，其他部位基本未開(kāi)裂。

圖3 小震人工波X向作用下，1棟轉(zhuǎn)換層樓板應(yīng)力S11

表3 大震作用下1棟轉(zhuǎn)換層樓板X(qián)向地震樓板承載力驗(yàn)算

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)例，對(duì)本項(xiàng)目超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)布置、多遇地震時(shí)程分析、模板分析等多方面充分考慮，并且應(yīng)充分結(jié)合工程具體情況設(shè)計(jì)，確保工程的可行性和安全性。

[1]鄭鵬,馬新偉.某超限高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[A].土木建筑學(xué)術(shù)文庫(kù)(第9卷),2008:118-119.

[2]張帆.廣州市某超限復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].廣東土木與建筑,2008 (02):31-33.

[3]盧國(guó)平.對(duì)超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)城市經(jīng)濟(jì),2011 (09):11-15.