黃 長 木

(中國建筑上海設計研究院有限公司，上海 200063)

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佛山中德工業(yè)服務區(qū)高技術服務平臺結構設計

黃 長 木

(中國建筑上海設計研究院有限公司，上海 200063)

結合佛山中德工業(yè)服務區(qū)高技術服務平臺建筑工程的具體情況,介紹了某結構設計方案，設計采用基于性能的抗震設計方法和合理化的結構布置，充分發(fā)揮體系的抗側效率，底部采用鋼管混凝土柱提高鋼筋混凝土結構體系的延性，分析表明：該結構體系各項相關參數(shù)滿足規(guī)范要求，結構整體及構件的抗震性能均能達到預期的性能目標。

鋼筋混凝土框架—核心筒，連體結構，超限高層，抗震設計

1 工程概況

佛山中德工業(yè)服務區(qū)高技術服務平臺位于佛山新城嶺南大道以東、君蘭路以南地塊?？傆玫孛娣e約25 706.05 m2，建筑面積約20萬m2。甲級寫字樓，配套有商業(yè)和地下停車場。采用框架—核心筒結構，按雙子星塔樓設計。地上41層、地下3層，地面以上總高度178.9 m。首層層高7 m，2層～5層層高5 m，其余樓層層高4.2 m。因功能需要，雙子樓在3層～5層裙房連為一體，形成連體結構建筑效果圖見圖1，典型剖面圖見圖2。

2 設計參數(shù)

工程設計基準期為50年，結構安全等級為一級，抗震設防類別為乙類，設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類。50年重現(xiàn)期基本風壓為0.60 kN/m2，地面粗糙度為B類。

3 結構體系

建筑平面尺寸為49.1 m×40.7 m，外框柱布置在42.0 m×33.6 m的軸網上，核心筒尺寸為25.4 m×15.0 m。建筑高寬比為3.76，核心筒高寬比為12。綜合考慮建筑功能以及經濟性，采用鋼筋混凝土框架(鋼管柱)—核心筒體系。核心筒為主要抗側力構件。底部加強區(qū)電梯筒內隔墻采用鋼筋混凝土剪力墻，增強整體性同時減小周邊剪力墻的軸壓比，有利于延性發(fā)展。底部加強區(qū)以上減少不必要的中間墻，提高抗側效率的同時提升經濟效益。外框架由18根框架柱及鋼筋混凝土框架梁組成，柱間距8.4 m?？蚣苤?8層以下采用鋼管混凝土柱，以減小柱截面并提高結構抗震性能。3層及主樓標準層結構平面布置圖見圖3，典型構件截面尺寸見表1。

裙房3層～5層將兩塔樓相連形成連體。由于建筑功能需要無法跨層設置轉換桁架，故將轉換構件設置在3層樓面以下。擬采用梁式轉換或者桁架轉換(見圖4)。由于首層大堂挑空，2層樓板不連續(xù)，桁架下弦桿產生的水平力無法通過樓板有效的傳遞給核心筒，最終選用梁式轉換。轉換梁采用型鋼混凝土梁，梁高2 m，跨度25.8 m，向內延伸一跨以平衡梁端彎矩，保證連體部分與主體結構可靠連接，加強3層～6層樓蓋。

表1 典型構件截面尺寸

構件低區(qū)中區(qū)高區(qū)外框柱?1100×(32～24)?1000×(24～20)1.0m×1.0m1.0m×1.0m～0.8m×0.8m核心筒外墻0.6m～0.5m0.5m～0.4m0.4m～0.3m內墻0.6m～0.5m,0.2m0.5m～0.4m,0.2m0.4m～0.3m,0.2m框架梁外圈400×700柱與筒體之間400×700樓板核心筒內150,核心筒外110混凝土豎向構件C60～C50C50～C40C40～C30水平構件C30轉換構件C60～C50C50～C40C40～C30

首層大堂及41層會所挑空，并形成躍層柱，樓板不連續(xù)。由于建筑40層～41層建筑外邊線往核心筒方向收進約3 m，外框柱不連續(xù)，40層以上框架柱通過轉換構件進行局部轉換。

4 結構超限情況

表2 結構平面及豎向不規(guī)則判定

塔樓房屋高度178.9 m，高度超限，未超過B級高層最大適用高度180 m。主體結構超限情況見表2，可以看出除結構高度超限外，在平面及豎向布置存在多處不規(guī)則。

5 抗震性能目標

根據(jù)表2中所示超限情況，結合結構體系的特點，提出整體結構的抗震性能目標為C，各關鍵構件抗震性能目標如表3所示。

表3 結構抗震性能目標

6 結構計算與分析

6.1 結構計算分析假定

主體結構按彈性計算分析，地下室頂板嵌固。連體樓層、轉換層及樓板不連續(xù)樓層樓板采用彈性膜模擬?？绺弑炔淮笥?.5的連梁采用墻元模型，跨高比大于2.5連梁用桿元模型。計算分析軟件采用SATWE程序，并用Midas Building校核。

6.2 水平地震及風荷載作用計算

地震作用采用考慮扭轉耦連振型分解法進行計算，結構前六階自振周期列于表4，前四階為平動振型，第五、六階為扭轉振型。在水平風荷載與地震作用下，結構計算指標匯總見表5。從表4及表5中可以看出，結構各項指標均滿足規(guī)范要求，SATWE與Midas Building結果接近，驗證了計算的可靠性。

表4 自振周期

表5 結構主要計算指標

6.3 彈性時程分析

時程分析采用Ⅲ類場地一組人工波RH4TG045及兩組天然波TH2TG045，TH3TG045，根據(jù)安評報告加速度峰值取42.5gal。每條地震波計算底部剪力大于反應譜法結果的65%，三條波底部剪力的平均值大于反應譜法結果的80%，三條地震波的平均地震影響系數(shù)曲線與反應譜所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，滿足規(guī)范要求。由彈性時程與反應譜法計算結果對比見表6。從表中可以看出，彈性時程分析的層間位移角及基底剪重比均滿足規(guī)范限值。

表6 時程法結構地震響應

7 設防烈度地震及大震作用下重要構件補充分析

根據(jù)廣東DBJ 15—92—2013高規(guī)第3.11.3條，對中震作用下的重要構件進行分析，保證構件抗震性能目標。對連體層、轉換層及樓板不連續(xù)樓層樓板進行中震作用下樓板應力分析。

7.1 連體轉換構件抗震承載力驗算

型鋼混凝土轉換梁正截面抗彎及抗剪承載力按CECS 230∶2008高層建筑鋼—混凝土混合結構設計規(guī)程6.3條計算，鋼管混凝土轉換柱的正截面承載力按CECS 28∶2012鋼管混凝土結構設計技術規(guī)程式5.1.2計算，式中構件承載力抗震調整系數(shù)取1.0，材料強度采用標準值。在中震及大震作用下內力組合及截面承載力列于表7，計算結果表明：中震及大震作用下，轉換梁內力組合值小于截面承載力，滿足既定的中震彈性、大震不屈服性能目標。

表7 轉換梁中震及大震下截面承載力驗算

轉換柱在中震及大震作用下內力組合見表8，承載力M—N相關曲線見圖5，“▲”表示重力荷載代表值與中震作用下標準內力組合，“□”表示重力荷載代表值與大震作用下標準內力組合，從圖中可以看出，轉換柱N—M內力值小于構件截面承載能力，能滿足既定性能目標。

表8 轉換柱各工況內力組合值

7.2 底部加強區(qū)外筒剪力墻抗震承載力驗算

底部加強區(qū)外筒剪力墻抗剪承載力按JGJ 3—2010高層混凝土結構技術規(guī)程式7.2.10.2計算，式中構件承載力抗震調整系數(shù)取1.0，材料強度采用標準值。底部加強區(qū)核心筒剪力墻編號見圖6，抗剪承載力驗算見表9，可以看出，重力荷載代表值與地震作用下墻肢剪力組合值均小于墻肢抗剪承載力，滿足承載力要求。

7.3 設防烈度地震作用下樓板應力

在小震作用下各樓層樓板的主拉應力均未超過混凝土的抗拉強度標準值，保持彈性狀態(tài)。對關鍵部位樓板按彈性樓板進行中震下應力分析，樓板在核心筒角點處由于剛度較大產生應力集中，造成應力值較大，其余各處樓板最大主拉應力為2.0 MPa，未超過混凝土抗拉強度標準值，大部分樓板保持彈性。在大震作用下，樓板鋼筋不屈服。滿足設計的性能目標。

表9 首層剪力墻抗剪承載力驗算

墻編號重力荷載代表值作用下剪力墻剪力地震作用下剪力墻剪力/kN中震組合中震抗剪承載力大震組合大震抗剪截面中震大震VGEk+1.05V*EHk0.67VukVGEk+1.05V**Ek0.133fckbh0123915272.811462.57927.49448.814426.618126.622044.76201.413481.38556.1119861620023042.332150.2838718232.510956.511510.321294.322120.642568.45905.512838.18769.29448.816048.418126.65233.31676.13643.81993.245334059.28602.4626.86385.113880.66731.1921114601.417665.7

8 罕遇地震彈塑性分析

為考察結構在大震作用下的抗震性能，采用PUSH&EPDA程序進行靜力彈塑性分析。X,Y向需求譜曲線和能力譜曲線見圖7,圖8，X向和Y向性能點處最大層間位移角為1/150和1/184，均小于規(guī)范要求的1/100，結構在大震作用下的變形滿足規(guī)范要求。

隨著水平推覆荷載的逐步施加，核心筒連梁先出現(xiàn)塑性鉸，連梁塑性鉸從下到上逐漸發(fā)展，到達性能點時，少量核心筒內部

200厚剪力墻發(fā)生屈服，核心筒外墻未發(fā)生剪切破壞。外框架在達到性能點加載步之前未出現(xiàn)塑性鉸之后，下部外框架梁端先屈服產生塑性鉸，逐步往上發(fā)展，直到荷載步停止計算，框架柱未屈服。由此可見，結構體系基本達到預期抗震性能要求。

9 連體部分舒適度驗算

選取連體部分及相鄰一跨局部模型，兩側設置側向約束，柱底、柱頂設置鉸接，模擬連體邊界條件，進行模態(tài)分析，前三階振動頻率分別為4.02 Hz,4.26 Hz,5.00 Hz，均為豎向振動。從計算結果可看出，連體部分第一階豎向振動頻率滿足規(guī)范大于3 Hz要求。

10 結構抗震加強措施

通過對結構進行全面的分析，結合概念設計及規(guī)范要求，對結構關鍵部位采取以下加強措施：1)底部加強區(qū)剪力墻抗震等級為特一級，嚴格控制軸壓比。首層剪力墻水平和豎向分布筋配筋率不小于0.6%。2層～6層剪力墻分布筋配筋率不小于0.4%，全高范圍設置約束邊緣構件，提高約束邊緣構件配筋率。2)2層、41層樓板不連續(xù)，按照彈性樓板計算，2層樓板板厚加強到150 mm，41層板厚加強到130 mm，雙層雙向配筋，最小配筋率不小于0.25%。3)連體結構與主體剛接連接，采用型鋼混凝土梁托柱形式，型鋼梁伸入主體一跨，轉換柱采用鋼管混凝土柱。連體樓層樓板厚度取150 mm，雙層雙向配筋，屋面層及轉換層樓板配筋率不小于0.3%，其他層不小于0.25%。4)越層柱的計算長度應逐個核實，采用彈性樓板計算。提高躍層柱配筋率，從嚴控制軸壓比。5)提高40層轉換構件縱筋及箍筋配筋率，轉換柱設置型鋼，提高其抗震性能。

11 結語

1)對于帶連體的不規(guī)則超限高層，結構計算采用兩種不同力學模型的三維程序SATWE和Midas Building進行整體計算。結果表明，在多遇地震及風荷載作用下，各項技術指標均滿足規(guī)范要求。

2)中震及大震作用下，驗算關鍵構件截面承載力，滿足規(guī)范要求，實現(xiàn)既定性能目標。

3)通過靜力推覆分析驗算結構在大震下的變形能力及塑性鉸發(fā)展，可以確定結構體系基本能夠達到預期的抗震性能要求。

4)對連體部分進行舒適度驗算，滿足舒適度要求。

5)在分析計算基礎上，結構設計中采取了相應的抗震加強措施?？蔀榻窈笸惤Y構參考和借鑒。

[1]GB 50011—2012，建筑抗震設計規(guī)范.

[2]JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程.

[3]CECS 230∶2008，高層建筑鋼—混凝土混合結構技術規(guī)程.

[4]CECS 28∶2012，鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程.

[5]DBJ 15—92—2013,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程.

Structure design of Foshan sino-german high-tech industrial service platform

Huang Changmu

(ChinaShanghaiArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Shanghai200063,China)

Combining with specific high-tech service region conditions of Foshan sino-german industrial service region, the paper introduces its structural design scheme, rational structural layout, anti-lateral efficiency and steel reinforced concrete ductility by applying steel-tube concrete column in the bottom. Analysis results show that: the structural system parameters meet demands, and integral structural seismic performance achieves expected functional ejects.

steel reinforced concrete frame-core tube, continuous structure, super high-rise building, seismic design

1009-6825(2015)18-0031-03

2015-04-16

黃長木(1982- )，男，工程師，一級注冊結構工程師

TU318

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