劉 欣

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 400063)

佛山南海環(huán)島車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)結構設計

劉 欣

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 400063)

佛山南海環(huán)島車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)是復雜超限高層結構。為保證結構的抗震性能，采用基于抗震性能的設計方法來進行結構設計，同時結合工程結構體系特點和超限情況，提出了結構加強措施和關鍵部位結構構件的抗震性能目標，分析結果表明，結構體系安全可行，可為類似工程設計提供參考。

地鐵車輛段；性能設計；超限設計

E-mail:108198178@qq.com

1 工程概況

佛山南海環(huán)島車輛段是為佛山市南海區(qū)有軌電車提供檢修和保養(yǎng)服務的綜合維修基地。地上一層是檢修庫、運用庫等生產用房，層高8.4m，地上二層是住宅的車庫，層高5.2m，地面三層為住宅的首層(即上蓋平臺)，上蓋之上共建有26棟12層的高層住宅?？偢叨?9.6m。上蓋平面尺寸為360m×320m，分為了19個獨立的結構單元。每個結構單元上均有1～2棟住宅。

本工程基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑為0.8m和1.0m，有效樁長45m左右，持力層為強風化和中風化泥質砂巖，單樁抗壓承載力特征值為5000kN。

2 結構體系

本工程采用混凝土框架結構，柱距在5.0～9.0m之間，跨度在6.8m～12.6m之間；轉換層設在上蓋物業(yè)的首層，采用梁式轉換。主要構件尺寸及混凝土強度等級見(表1)。

表1 主要構件尺寸及混凝土強度等級

本工程各個分區(qū)的結構布置和結構設計方法和思路基本一致，由于篇幅有限，本文重點對B1分區(qū)(圖1)檢修庫的結構設計方法進行介紹。

圖1 B1分區(qū)結構三維模型圖

3 工程特點結構超限情況

B1區(qū)為車輛段的運用庫，是車輛的停車檢修的作業(yè)區(qū)域，由于車輛限界的要求，工藝對庫區(qū)結構豎向構件的布置及截面尺寸要求很嚴格。根據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[1]、《建筑抗震設計規(guī)范》[2]、《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》[3]、《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》[4]的有關規(guī)定為多項不規(guī)則的復雜超限工程。B1區(qū)的主要超限情況如(表2)。

表2 超限情況表

根據(表2)可知：本工程存在多項不規(guī)則，由于住宅的大部分柱子不能落地，車輛段首層層高較高，首層相對較為薄弱，為了保證結構整體的抗震性能，我們采用了基于性能目標的抗震設計方法。

4 結構設計參數

4.1 建筑分類等級

本工程主要建筑分類等級如(表3)所示：

表3 建筑分類等級

4.2 風荷載

由于荷載規(guī)范中佛山市無具體基本風壓，參照廣州市基本風壓0.50kN/m2, 基本風壓重現期為50年，高度變化系數根據B類地面粗糙度采用，體型系數：1.3。

4.3 地震作用

本工程抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度值為0.10g，抗震設防分類為丙類，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，阻尼比取為0.05。

5 結構設計與分析

5.1 結構抗震性能目標

根據本工程的特點，并參考相關規(guī)范，采用基于性能目標的抗震設計方法，制定本工程構件的抗震性能目標，具體詳見(表4)。

表4 結構抗震性能目標

5.2 結構分析

5.2.1 多遇地震及風荷載結果分析

本工程的嵌固端為基礎頂面，多遇地震及風荷載兩種工況計算同時采用SATWE和ETABS兩種軟件進行。B1區(qū)為大底盤+兩塔的結構，由于數據較多，僅列出塔一的整體計算模型的結果。

從(表5)中可以看出：SATWE和ETABS的計算結果相近，這說明計算結果合理，有效，計算模型符合結構的實際工作狀況；位移，位移比等均滿足規(guī)范限值的要求，構件截面取值合理，結構體系選擇適當。

表5 整體計算結果

5.2.2 設防烈度地震(中震)及罕遇地震下靜力彈塑性分析

針對B1區(qū)模型進行了X方向和Y方向非線性推覆分析，推覆使用的荷載模式為模態(tài)加載的方式，根據結構自身特點，選取有代表性的單塔作為推覆的主體，在該塔頂層設置監(jiān)測點進行推覆分析，通過提取基地剪力和頂點位移的關系，進而轉化為譜加速度和譜位移的關系得到對應的能力譜曲線，最后將罕遇地震作用和設防烈度地震作用所對應的需求譜族，通過疊加后最終確定性能點，并對性能點出結構的各個指標進行輸出進行最終的性能評估。

(1)基底剪力推覆結果

通過對B1區(qū)結構進行Pushover分析后分別得到X方向和Y方向的基地剪力和頂點位移的關系曲線見(圖2)和(圖3)所示，其中X方向推覆工況監(jiān)測點最大推覆位移為416mm，Y方向推覆工況監(jiān)測點最大推覆位移為551mm。

水平方向：頂點位移/mm；豎直方向：基底剪力/kN

水平方向：頂點位移/mm；豎直方向：基底剪力/kN

(2)設防烈度地震結果(中震)

圖4 設防烈度地震下X方向推覆工況對應的性能點

圖5 設防烈度地震下Y方向推覆工況對應的性能點

水平方向：層間位移角/無量綱；豎直方向：樓層編號/無量綱

水平方向：層間位移角/無量綱；豎直方向：樓層編號/無量綱

水平方向：層剪力/kN；豎直方向：樓層編號/無量綱

水平方向：層剪力/kN；豎直方向：樓層編號/無量綱

圖10 設防烈度地震作用X方向塑性鉸分布圖

圖11 設防烈度地震作用Y方向塑性鉸分布圖

通過(圖4)～(圖11)可以得到以下結論：

①設防烈度地震作用下兩個方向的性能點均位于直線段和曲線段的交叉位置，說明結構基本維持彈性，少量構件進入塑性，塑性構件仍有足夠剛度，承載力沒有明顯變化。

②兩個方向的層間位移角最大值均大于彈性層間位移角限制，遠小于塑性層間位移角限值，表明結構有足夠剛度。

③層剪力表明層剛度沒有明顯變化。

④結構在兩個方向的地震作用下，塑性鉸主要分布在塔的底部3層范圍內，塑性構件均為梁，柱子未進入塑性，發(fā)生塑性構件數量較少，塑性構件塑性沒有明顯的發(fā)展，滿足性能設計要求。

(3)罕遇地震結果

圖12 罕遇地震下X方向推覆工況對應的性能點

圖13 罕遇地震下Y方向推覆工況對應的性能點

水平方向：層間位移角/無量綱；豎直方向：樓層編號/無量綱

水平方向：層間位移角/無量綱；豎直方向：樓層編號/無量綱

水平方向：層剪力/kN；豎直方向：樓層編號/無量綱

水平方向：層剪力/kN；豎直方向：樓層編號/無量綱

圖18 罕遇地震作用X方向塑性鉸分布圖

圖19 罕遇地震作用Y方向塑性鉸分布圖

從(圖12)～(圖19)可以得到以下結論：

①罕遇地震作用下兩個方向的性能點位于曲線位置，表明結構較多構件進入塑性，層剛度因構件塑性有一定的折減，塑性構件仍有足夠的剛度，變形能力儲備充足，在性能點后結構仍有較大的變形能力。

②兩個方向的層間位移角最大值小于塑性層間位移角限值1/50，表明結構有足夠剛度，除底部大地盤外，結構層間位移角分布連續(xù)無明顯突變。

③結構層間位移角分布連續(xù)無明顯突變。層剪力表明層剛度沒有明顯變化。

④結構在兩個方向的地震作用下，塑性鉸較多遇地震工況下增多，塑性構件均為梁，塔底部柱子少量進入塑性，塑性構件塑性沒有明顯的發(fā)展，滿足性能設計要求。

6 結構加強措施

(1)框架柱是本結構的主要抗側力及豎向承載構件，設計中通過適當提高框架柱的豎向鋼筋配筋率及箍筋的體積配箍率和提高混凝土強度等級等措施，將首層柱的軸壓比控制在0.60以下，提高了框架柱的延性。同時，針對住宅大部分柱子不能落地，轉換率偏高的情況，為了提高轉換層的抗震性能，將轉換層上下一層的抗震等級提高至一級。

(2)本工程轉換梁、框支柱等重要構件在中震不屈服配筋的基礎上，框支柱豎向鋼筋配筋率提高至2.0%，，轉換梁配筋率提高至1.5%，以提高大震下的抗震承載力。

(3)針對抗側剛度不規(guī)則和樓層抗剪承載力突變，設計中將軟弱層和薄弱層的地震剪力乘以1.25的放大系數；并將首層框架柱的豎向鋼筋配筋率提高至1.5%。

(5)對于扭轉不規(guī)則，在設計中采用加大周邊梁、柱構件的尺寸，將整體結構的扭轉位移比控制在1.4以下。

7 結論

本工程存在多項超限情況，在設計中采用概念設計和抗震性能化設計方法，根據抗震原則及建筑特點，對整體結構的體系和布置進行了詳細優(yōu)化，使之具有良好的結構抗震性能。設計采用多種計算程序進行了彈性和彈塑性計算，各項指標均滿足規(guī)范的相關要求。同時對轉換梁、轉換柱等關鍵構件采取了更為嚴格的抗震性能要求，保證結構的整體抗震延性。

綜上所述，本結構除能滿足豎向荷載和風荷載作用下的有關指標外，滿足抗震性能目標的要求。

本工程已于2014年10月通過廣東省超限高層抗震專項審查，目前已開始施工。

[1]JGJ-3-2010,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2]GB50010-2010,建筑抗震設計規(guī)范[S].

[3]建質[2010]109號.超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點.

[4]粵建市函[2011]580號.廣東審超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則.

Structure design of Foshan Nanhai Metro Huandao depot superstructure

LIUXin

(China Railway SiYuan Survey And Design CO.LTD, Wuhan, 400063)

Foshan Nanhai Metro Huandao depot is an out of codes high-rise structure. In order to ensure the seismic performance of the structure, performance-based design was used, At the same time combining with the characteristics of engineering structural system and out-of-codes situation, puts forward the structure strengthening measures and key parts structure component seismic performance goals. The results show that the structure of the system is safe and feasible, can provide a reference for similar engineering design.

Metro depot; Performance-based design; Out-of-codes design

劉欣(1979- )，男，工程師。

2015-03-11

TU3

A

1004-6135(2015)04-0053-06