張偉 李原

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

1 工程概況

某辦公樓位于浙江省，主要功能是提供辦公室、會議室等辦公場所，以及機修車間人員辦公場所?；酌娣e2 624 m2，建筑面積為17 646 m2。由于場地限制平面呈三角形，建筑中心為中庭，無地下室。主體高度為8層，34.1 m，局部9層，與機修廠房相連的樓體共4層，屋頂高度16.7 m，其他兩面樓體為豎向體型收進，屋頂高度34.1 m。本工程的抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度、第一組。設(shè)計基本地震加速度為0.05g，場地類別為Ⅲ類。結(jié)構(gòu)形式采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)抗震等級為三級。

2 超限分析及相應的結(jié)構(gòu)措施

2.1 平面不規(guī)則——樓板局部不連續(xù)

由于辦公樓建筑設(shè)計設(shè)有中庭，使得建筑平面中部開有較大面積洞口，使得樓面開洞尺寸超過樓面寬度的一半。結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。這使得結(jié)構(gòu)在平面上產(chǎn)生了樓板局部不連續(xù)的情況。為了解決這一問題，我們首先在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面加大了邊梁的截面尺寸并增大其配筋，用以增強結(jié)構(gòu)的整體剛度，這樣有利于結(jié)構(gòu)水平力的傳遞;其次結(jié)構(gòu)計算模型選擇方面，為了考慮因樓板開洞削弱而產(chǎn)生的平面內(nèi)變形，選用能考慮樓板變形影響的設(shè)計軟件(SATWE程序)進行整體內(nèi)力分析，計算時采用能更真實地反映結(jié)構(gòu)的受力情況彈性樓板假定模型。

2.2 豎向不規(guī)則——豎向側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向體型收進

該辦公樓在與機修廠房相連接處為4層，其他兩側(cè)為8層，結(jié)構(gòu)豎向整體收進效果如同大底盤單塔建筑，形成局部水平收進尺寸大于相鄰下一層的25%，造成豎向剛度不規(guī)則，如圖2所示，此外其他兩側(cè)的8層建筑由于建筑需要休息平臺立面上也存在退臺，造成結(jié)構(gòu)也存在豎向體型收進。針對豎向不規(guī)則，采取了以下措施:1)相當于大底盤頂部的與機修廠房相連處屋面樓板及兩側(cè)樓板加大板厚到120 mm～130 mm，同時加大樓面梁的截面及配筋，這樣增強了三部分樓體變形協(xié)調(diào)能力。2)增強結(jié)構(gòu)豎向體型收進部分框架結(jié)構(gòu)柱配筋，削弱由于收進造成的結(jié)構(gòu)剛度變化。3)在進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算時，相當于大底盤部分的與機修廠房相連部分屋面樓板及兩側(cè)樓板在計算時選擇能反映樓板真實剛度的彈性板進行計算。

3 結(jié)構(gòu)計算及結(jié)果

該工程體型和結(jié)構(gòu)布置相對復雜，且屬于復雜高層建筑，故此采用“扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解反應譜法”進行結(jié)構(gòu)整體多遇地震作用下彈性分析。與此同時由于結(jié)構(gòu)平面為三角形，扭轉(zhuǎn)影響會比較明顯，這就要分別考慮偶然偏心影響和雙向地震作用下對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響。這些計算均采用多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE。

圖1 二層結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖2 建筑立面圖

3.1 結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)心分布

由于本結(jié)構(gòu)存在體型局部收進且收進層數(shù)多，位置復雜，體型的局部收進會使得樓質(zhì)量和剛度分布也變得不均勻，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)影響將大大加強;收進的層數(shù)多會使結(jié)構(gòu)振型相應復雜多樣，這些情況下高振型對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響會比較明顯。為了明確這些不利情況對結(jié)構(gòu)的影響情況，我們對本結(jié)構(gòu)各層質(zhì)心和剛心的平面位置進行了計算對比，該工程各層結(jié)構(gòu)與底部結(jié)構(gòu)質(zhì)心的距離與底部相應邊長之比最大均出現(xiàn)在第8層，X向為11.4%，Y向為8%，按規(guī)范要求此值應不大于底部相應邊長的20%，均滿足規(guī)范要求，表明上部樓層和底部的剛度偏心符合規(guī)范要求。

3.2 振型個數(shù)確定

同樣由于結(jié)構(gòu)中存在體型局部收進，與大底盤多塔結(jié)構(gòu)性質(zhì)近似，根據(jù)規(guī)范的要求這類結(jié)構(gòu)振型數(shù)不應小于15，對多塔樓結(jié)構(gòu)的陣型數(shù)不應小于塔樓數(shù)的9倍，且計算陣型數(shù)應使各振型參與質(zhì)量之和不小于總質(zhì)量的90%。本工程共8層局部9層振型數(shù)取為27個，X方向的型參與質(zhì)量系數(shù)99.9%，Y方向的型參與質(zhì)量系數(shù)99.9%，均達到90%的要求。

3.3 結(jié)構(gòu)位移比

規(guī)范要求控制樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不應大于該樓層平均值的1.5倍，是為避免產(chǎn)生過大的偏心而導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應，來限制平面布置的不規(guī)則性。位移比控制計算應采用整體模型考慮整體各層之間的相互影響，按一個完整的系統(tǒng)進行分析，每層為一塊剛性樓板。具體計算各層及各種工況下的位移比最大值結(jié)果如表1所示。位移比均小于1.5，說明各塔樓在底盤平面上的布置是比較合理的。但位移比大于1.2，屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分析和截面設(shè)計計算時還應按雙向地震作用。

表1 位移比結(jié)果

3.4 結(jié)構(gòu)周期比

周期比控制的目的主要是控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應。以第一扭轉(zhuǎn)為主的自振周期Tt與第一平動為主的自振周期T1之比(以塔1為例)為0.859小于規(guī)范要求的0.9，表明結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件平面是合理、有效的，計算結(jié)果見表2。

表2 周期比計算結(jié)果

4 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施

復雜高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用合理的構(gòu)造措施與精確的計算對建筑安全的重要性同樣重要，但在抗震情況下構(gòu)造措施會顯得更為重要。本工程為加強建筑物的抗震性能和整體剛度，構(gòu)造上采用了以下措施如重要樓層板厚加厚加大并雙向配筋;開洞樓板處增加邊梁;豎向收進變化處的框架柱適當加大截面及配筋等，這些都有利的提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

5 結(jié)語

通過本工程實例可以看到建筑結(jié)構(gòu)中平面不規(guī)則、豎向側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向體型收進，對建筑物抗震不利，屬比較復雜的高層結(jié)構(gòu)。為了解決超限問題，提高建筑的抗震能力，首先要在設(shè)計中注重概念設(shè)計，其次要針對不同的建筑結(jié)構(gòu)選取合理的結(jié)構(gòu)體系，再次在選取計算模型時要選擇能夠反映結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)的力學模型，此外設(shè)計中采取有效的構(gòu)造措施也是至關(guān)重要的。這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計就會達到安全、合理、經(jīng)濟。

［1］李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中疑難問題的處理及算例［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程［S］.