付敏 譚毅 董杰祥

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610041)

1 工程概況及設(shè)計(jì)參數(shù)

該項(xiàng)目位于成都南部天府新城，為大源組團(tuán)核心金融區(qū)與高端居住區(qū)的結(jié)合部。地上21層，地下3層，地面以上總高度為116.150 m，首層層高為 6.0 m，2 層層高為 5.0 m，3 層層高為5.6 m，4 層設(shè)備層層高為 3.3 m，11 層避難層層高為 3.3 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為5.8 m。建筑效果圖如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)層平面呈L形，X，Y 最大長(zhǎng)度為65.8 m，寬度為18.6 m。結(jié)構(gòu)高寬比6.2，平面凸出部位尺寸l/b=2.54。采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

圖1 結(jié)構(gòu)效果圖

本工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)(重要性系數(shù)為1.0);抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.10g，設(shè)計(jì)基本分組為第三組;抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，本工程水平向地震動(dòng)參數(shù)(5%阻尼比)如表1所示。按GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，取基本風(fēng)壓(50年一遇)0.30 kN/m2，地面粗糙度為B類，參照L型截面體型系數(shù)取1.4，承載力設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載效應(yīng)放大系數(shù)為1.1。

表1 《抗規(guī)》地震動(dòng)參數(shù)

2 結(jié)構(gòu)超限情況及抗震性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)結(jié)構(gòu)平面布置及程序分析結(jié)果，參照《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》，本工程超限情況存在四點(diǎn):

1)高度超限:主體結(jié)構(gòu)高度為116.15 m，超過7度設(shè)防部分框支剪力墻A級(jí)高度限值(100 m)，屬于B級(jí)高度高層建筑;

2)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則:在考慮偶然偏心影響的規(guī)定的水平力作用下，樓層最大彈性水平位移為1.33，大于該樓層兩端彈性水平位移平均值的1.2倍;且樓層最大偏心率為0.3，大于了限值0.15;

3)平面不規(guī)則:長(zhǎng)寬比L/B≤6，凸出部位尺寸l/B＞0.35，凸出部位l/b＞2;

4)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù):第四結(jié)構(gòu)層為轉(zhuǎn)換層。本工程屬于B級(jí)高度工程，一般不規(guī)則指標(biāo)為三項(xiàng)，其中一項(xiàng)超過不規(guī)則指標(biāo)較多，為特別不規(guī)則情況，因此根據(jù)BD51/T 5058-2008四川省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本工程應(yīng)進(jìn)行抗震專項(xiàng)審查。

本工程采用的抗震總體性能目標(biāo):高于《高規(guī)》性能目標(biāo)D，接近性能目標(biāo)C。具體性能目標(biāo)的設(shè)定詳見表2。

表2 抗震性能目標(biāo)［1］

3 結(jié)構(gòu)抗震性能計(jì)算分析

1)計(jì)算程序及分析參數(shù)。

結(jié)構(gòu)彈性階段(多遇、設(shè)防地震)的設(shè)計(jì)分析采用SATWE，PMSAP(2010-09)和廣廈軟件GSSAP(16.0版)。彈塑性階段分析(設(shè)防、罕遇地震)采用EPDA＆PUSH軟件進(jìn)行非線性靜力及動(dòng)力時(shí)程分析。計(jì)算地震作用時(shí)，活荷載組合值系數(shù)參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定考慮。計(jì)算模型中連梁剛度折減系數(shù)不小于 0.6，周期折減系數(shù) 0.90(小震)、0.95(中震)、1.0(大震)，梁端彎矩端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)取1.0，梁扭矩折減系數(shù)取0.4，中梁剛度放大系數(shù)按規(guī)范取值。計(jì)算中考慮P—Δ效應(yīng)。

2)多遇地震下結(jié)構(gòu)性能分析。

結(jié)構(gòu)在多遇地震下的彈性反應(yīng)譜分析地震動(dòng)參數(shù)按規(guī)范取值，水平地震影響系數(shù)最大值0.08，特征周期Tg=0.45 s，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)周期和第一平動(dòng)周期的比值小于規(guī)范限值0.85(B級(jí)高度)，表明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)小。本工程樓層受剪承載力較為均勻。所有樓層受剪承載力比均大于0.8(最小值為0.92)，滿足規(guī)范要求，無薄弱層存在。

本工程轉(zhuǎn)換層位于第三層頂板，按《高規(guī)》第E.0.2條的規(guī)定計(jì)算的轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比均大于0.6，按《高規(guī)》第E.0.3條規(guī)定計(jì)算的轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)移剛度比(SATWE計(jì)算結(jié)果)為0.96(X向)和1.20(Y向)，均大于0.8。剛重比大于 2.7，能夠通過高規(guī)(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，且可不考慮重力二階效應(yīng)。最大層間位移角為1/1 525，滿足規(guī)范要求的1/1 000。最大位移比和最大層間位移比值均不大于1.40，滿足規(guī)范要求。個(gè)別樓層剪重比小于規(guī)范大于1.6%的要求，需進(jìn)行剪力調(diào)整。按規(guī)范要求對(duì)多遇地震作用下各框架承擔(dān)的剪力進(jìn)行調(diào)整:框架剪力調(diào)整取 Vi'=max(0.30V0，1.5Vfmax)，高于規(guī)范要求。型鋼混凝土柱軸壓比最大值為0.42，小于規(guī)范限值(特一級(jí)為0.55)。剪力墻最大軸壓比0.49，也小于規(guī)范限值。

彈性時(shí)程分析根據(jù)擬建場(chǎng)地特性選取了2組天然地震波和1組人工波作為時(shí)程分析的輸入。表3列出了多遇地震彈性時(shí)程分析所得結(jié)構(gòu)底部剪力峰值與按照抗震規(guī)范地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行反應(yīng)譜分析所得的底部剪力的對(duì)比情況，可見單組地震波輸入所得的底部剪力峰值均在抗震規(guī)范反應(yīng)譜法的65%～135%之間，3組地震波結(jié)果的平均值與抗震規(guī)范反應(yīng)譜法結(jié)果之差在20%以內(nèi)。

表3 時(shí)程分析底部剪力與反應(yīng)譜法對(duì)比

3組地震波時(shí)程結(jié)果的平均值與CQC法的結(jié)果吻合較好，單組地震波計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力峰值的最小值達(dá)到了反應(yīng)譜法底部剪力的81%。X主向時(shí)3組地震波時(shí)程計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)最大層間位移角包絡(luò)值為1/1 513，Y主向時(shí)該值為1/1 454，均小于按照規(guī)范規(guī)定計(jì)算所得限值1/1 000。

3)設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)性能分析。

采用SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)的中震彈性和中震不屈服設(shè)計(jì)。場(chǎng)地特性參考《抗規(guī)》［2］規(guī)定取值，場(chǎng)地特征周期為0.45 s，水平地震影響系數(shù)最大值取為0.23(對(duì)應(yīng)于5%阻尼比)。地震主分量加速度峰值取100 cm/s2，次分量峰值取85 cm/s2。設(shè)防地震反應(yīng)譜分析得到X向最大層間位移角為1/597(層間位移為1.67倍彈性位移角限值)，位于第14層;Y向最大層間位移角為1/640(層間位移為1.56倍彈性位移角限值)，位于第14層，均小于性能目標(biāo)設(shè)定的設(shè)防地震下層間位移角限值1/500。

設(shè)防地震作用下底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻按斜截面抗剪彈性進(jìn)行設(shè)計(jì)，且滿足正截面承載力不屈服，詳見《高規(guī)》［3］公式 3.11.3-1，3.11.3-2(簡(jiǎn)稱公式(1)，(2))，計(jì)算表明剪力墻均能滿足性能目標(biāo)要求。設(shè)防地震作用下框支柱、框支梁斜截面承載力均按彈性設(shè)計(jì)，滿足公式(1)要求;正截面承載力按不屈服設(shè)計(jì)，滿足公式(2)要求，分析表明所有框支柱及框支梁均能滿足以上公式的要求。設(shè)防地震下框架梁斜截面按不屈服設(shè)計(jì)，滿足公式(2)要求，正截面大部分進(jìn)入屈服階段。計(jì)算表明鋼筋混凝土連梁底部加強(qiáng)區(qū)斜截面承載力不屈服，滿足公式(2);底部加強(qiáng)區(qū)以上滿足受剪截面公式《高規(guī)》3.11.3-4要求。

4)罕遇地震下結(jié)構(gòu)性能分析。

運(yùn)用計(jì)算程序EPDA對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析。罕遇地震非線性時(shí)程分析分別輸入了3組水平雙向地震波(N1，N2和A1)，參考《抗規(guī)》的規(guī)定，地震波水平方向主次分量加速度峰值的比值為 1∶0.85∶0.65，地震波主分量加速度峰值取 220 cm/s2，次分量峰值為187 cm/s2，豎向分量峰值為143 cm/s2。X向最大樓層層間位移角出現(xiàn)在 16層，達(dá)到1/218(層間位移為 0.61［Δup］);Y向最大樓層層間位移角為1/235(層間位移為0.57［Δup］)(16層)。罕遇地震下最大層間位移角均小于罕遇地震水準(zhǔn)時(shí)結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)所定限值1/200。

罕遇地震非線性時(shí)程分析表明:隨著地面運(yùn)動(dòng)加速度的不斷增大，鋼筋混凝土連梁最先出現(xiàn)塑性鉸。隨后，剪力墻底部若干層墻體混凝土拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，出現(xiàn)了水平裂縫，大部分墻肢均不同程度受到損傷。大部分框架梁發(fā)生了受彎屈服，并且出現(xiàn)塑性鉸，進(jìn)入塑性階段。型鋼混凝土框支柱及轉(zhuǎn)換梁承載力基本處于不屈服階段。結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土連梁多數(shù)產(chǎn)生了塑性鉸，耗散了相當(dāng)一部分地震輸入能量，有較強(qiáng)的耗能能力。結(jié)構(gòu)破壞模式和屈服機(jī)制合理，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)。

4 抗震措施

根據(jù)計(jì)算分析的結(jié)果，采取以下抗震構(gòu)造措施:

1)該結(jié)構(gòu)框支柱大部分采用型鋼柱，為保證框支柱有較高的延性，軸壓比全高控制在不大于0.45，且按照規(guī)范的構(gòu)造要求，框支柱在上部墻體范圍內(nèi)的縱向鋼筋向上伸入上部墻體內(nèi)一層;框支柱縱筋配筋率控制為不小于1.6%;

2)按照中震計(jì)算結(jié)果，適當(dāng)加大墻肢邊緣構(gòu)件縱筋及墻肢豎向分布筋;

3)框支轉(zhuǎn)換層樓板板厚為180 mm，雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%;轉(zhuǎn)換層相鄰上下樓層樓板厚度取為150 mm，雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%。對(duì)結(jié)構(gòu)平面陰角部位以及應(yīng)力較大部位加大樓板配筋，板筋按抗震構(gòu)造錨固。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，減少二次轉(zhuǎn)換，減少短肢剪力墻，有效避免了對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，有效提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)、抗扭剛度，同時(shí)通過在多遇地震、設(shè)防地震及罕遇地震不同作用下的計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的薄弱部位，并采取了有針對(duì)性的抗震構(gòu)造措施，有效的提高了結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使得結(jié)構(gòu)的整體抗震性能達(dá)到了性能化目標(biāo)的要求。本工程的計(jì)算分析及構(gòu)造措施可為類似工程提供借鑒。

［1］譚 毅，付 敏.南北樓抗震審查報(bào)告［R］.2012.

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

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

［4］安興寬.高層住宅框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.山西建筑，2012，38(1):37-38.