郭樺　劉志凌（.重慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督站　重慶市九龍坡區(qū)　400039　.中機中聯(lián)工程有限公司　重慶市九龍坡區(qū)　400039）

某平面不規(guī)則住宅抗震性能分析和設計

郭樺1劉志凌2
（1.重慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督站重慶市九龍坡區(qū)4000392.中機中聯(lián)工程有限公司重慶市九龍坡區(qū)400039）

某住宅高層存在局部樓層扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、結(jié)構(gòu)平面中部兩側(cè)收進尺寸較大、豎向構(gòu)件局部轉(zhuǎn)換等抗震不利情況。結(jié)構(gòu)設計時從抗震概念設計出發(fā)，采取有針對性的加強措施，通過不同的計算軟件進行結(jié)構(gòu)分析比較證明，結(jié)構(gòu)設計安全、合理，能滿足工程的抗震性能目標要求。

超限高層建筑；抗震性能；抗震構(gòu)造措施；平面不規(guī)則；轉(zhuǎn)換柱

1　工程概況

項目地址位于大渡口區(qū)原重鋼廠附近，本住宅工程±0.000層以下總共三層，地下高度13.700m，地上33層，地上高度95.700m，結(jié)構(gòu)總高度109.400m。住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程存在局部樓層扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、結(jié)構(gòu)平面中部兩側(cè)收進尺寸較大等超限情況，同時因建筑功能需要，三層范圍內(nèi)局部存在轉(zhuǎn)換柱。

2　抗震設計關(guān)鍵問題及其解決方案[3，4]

2.1平面不規(guī)則

由于建筑功能的需要，結(jié)構(gòu)平面中部兩側(cè)收進的總尺寸占平面寬度的百分比0.583＞0.5，根據(jù)渝建發(fā)（2010）156號文件，屬于平面不規(guī)則，如圖1。

圖1　標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖

在考慮地震偏心影響的規(guī)定水平力作用下，樓層最大水平位移和層間位移與該樓層彈性水位移平均值的比值為1.48，大于1.2但小于1.5，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

根據(jù)分析結(jié)果對四角突出部位剪力墻加長，并增加轉(zhuǎn)角處的框架梁的高度，以增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，在一定程度上能減緩結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應。位移比大于1.35的構(gòu)件配筋率提高10%，以提高該構(gòu)件在地震作用下的延性；對于應力較大的L型平面凹凸角部位的結(jié)構(gòu)板增設放射筋；電梯井洞口周圍采用120mm厚結(jié)構(gòu)板，配筋采用的雙層雙向配筋；針對左右兩側(cè)凹進超限的范圍采用密梁的形式進行加強。

2.2豎向不規(guī)則

局部層有柱轉(zhuǎn)換，主樓和商業(yè)交界處豎向構(gòu)件兩側(cè)樓板錯高差。轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換柱抗震等級為二級，主樓與商業(yè)交界處兩側(cè)樓板有高差的豎向構(gòu)件抗震等級為二級。轉(zhuǎn)換柱按照中震彈性進行設計；在商業(yè)的住宅的分界線處的墻肢（兩側(cè)梁板存在高差）按照《高規(guī)》10.4.6條加強，墻厚≥250mm，抗震等級提高一級（由三級提高至二級），分布筋配筋率≥0.5%。

3　結(jié)構(gòu)彈性階段分析

3.1計算方法

本工程采用SATWE作為主要整體計算分析軟件，Midas Building作為輔助軟件進行整體分析校核。分析時均采用振型分解反應譜法計算地震作用，并考慮了偶然偏心及雙向地震作用，采用CQC法進行振型組合，采用2條天然波和1條人工波進行彈性時程分析補充分析。

3.2小震彈性分析計算結(jié)果

結(jié)構(gòu)主要振型的周期計算結(jié)果，剛重比，最大層間位移角，傾覆力矩計算結(jié)果，剪重比詳表1～3。

表1　結(jié)構(gòu)自振周期與周期比

表2　結(jié)構(gòu)最大層間位移

表3　結(jié)構(gòu)基底剪力及剪重比

從表1～3可以得出，STAWE和Midas的計算結(jié)果比較一致，結(jié)構(gòu)的周期比，最大層間位移角，剪重比均滿足規(guī)范要求，同時，結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力遠大于傾覆力矩。

樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力是判斷整體結(jié)構(gòu)薄弱層方式之一，體現(xiàn)了規(guī)范“強剪弱彎”的主體設計思想，即保證構(gòu)件應首先發(fā)生彎曲屈服、破壞，而不能剪切破壞，剪切破壞屬脆性破壞，應嚴格避免。

本工程各樓層的層間抗剪承載力與上一層的比值如圖2所示。

圖2　樓層的層間受剪承載力與上一層的比值

由圖2可知，本工程各樓層層間受剪承載力與上一層的比值均大于《建筑抗震規(guī)范》[1]3.4.3條所要求的0.8，能夠為整體結(jié)構(gòu)提供一定的延性。

3.3彈性動力時程分析

根據(jù)本場地的特征周期地震動參數(shù)，選取人工波UserAcc，以及天然波USA00683和天然波USA00361進行彈性時程分析。經(jīng)計算分析結(jié)構(gòu)彈性時程分析結(jié)果與反應譜法分析結(jié)果基本一致，均能滿足規(guī)范要求。

在施工圖設計時，參照彈性時程分析和振型分解反應譜法的結(jié)果取包絡值進行結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的內(nèi)力計算和配筋。

4　結(jié)構(gòu)抗震性能目標及彈塑性時程分析

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]（JGJ3-2010）3.11條的要求，對建筑進行抗震性能化設計。本工程抗震性能設計目標為C，即：

小震：結(jié)構(gòu)在地震后完好、無損傷，一般不需修理可繼續(xù)使用，人們不會因為結(jié)構(gòu)損傷造成傷害，可安全出入和使用；

中震：結(jié)構(gòu)在地震下發(fā)生輕等程度的破壞，關(guān)鍵構(gòu)件輕微損壞，普通豎向構(gòu)件輕微損壞，部分耗能構(gòu)件中度損壞，進入屈服，經(jīng)過一般修理后可繼續(xù)使用；

大震：結(jié)構(gòu)在地震下發(fā)生中等程度的破壞，關(guān)鍵構(gòu)件為輕度損壞，部分豎向構(gòu)件中度損壞，進入屈服，耗能構(gòu)件中度損壞、部分比較嚴重損壞，有明顯的裂縫，經(jīng)過修理、適當加固后可繼續(xù)使用；

梁處于開裂狀態(tài)的柱構(gòu)件為10.0%，柱鉸集中在結(jié)構(gòu)的底部和頂部；關(guān)鍵部位的柱子均未見塑性鉸的出現(xiàn)在大震下，最大彈塑性層間位移角遠小于規(guī)范1/100的要求，97%左右的墻元處于未屈服的狀態(tài)，僅10%的柱鉸開裂，91%以上的梁鉸處于未屈服狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件能達到各項大震性能目標。

結(jié)構(gòu)在達到大震性能點的時候，結(jié)構(gòu)的塑性變形狀態(tài)基本上是延性耗能較好的梁鉸機制，僅個別豎向構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，結(jié)構(gòu)的整體抗震性能優(yōu)越。在施工圖階段，將針對首先出鉸的部位進行構(gòu)造加強，保證連梁強剪弱彎的延性要求。結(jié)構(gòu)在整個推覆過程情況良好，能達到中震不屈服的性能目標，在罕遇地震作用下仍具有較穩(wěn)定的抗側(cè)推能力。

通過SATWE和Midas結(jié)果的對比，兩種軟件的計算結(jié)果基本一致，與概念設計的預期結(jié)果也吻合的較好。彈性時程分析的結(jié)果與振型分解法的結(jié)果一致，結(jié)構(gòu)整體處于彈性范圍內(nèi)，在小震作用下可以達完好、無損傷，受力構(gòu)件不需修理即可繼續(xù)使用，可以保證人們的正常使用，能夠?qū)崿F(xiàn)小震的設計性能目標。

由中震下的推覆分析可知，絕大部分構(gòu)件基本上都處于彈性狀態(tài)，僅個別構(gòu)梁端出鉸，參與耗能。滿足中震時的性能設計目標。

大震下的彈塑性層間位移角滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備，實現(xiàn)了大震不倒的設計目標。

5　超限設計主要加強措施

（1）根據(jù)分析結(jié)果對四角突出部位剪力墻加長，并增加轉(zhuǎn)角處的框架梁的高度，以增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，在一定程度上能減緩結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應。位移比大于1.35的構(gòu)件配筋率提高10%，以提高該構(gòu)件在地震作用下的延性。

（2）對于應力較大的L型平面凹凸角部位的結(jié)構(gòu)板增設放射筋。

（3）轉(zhuǎn)換柱按照中震彈性進行設計。

（5）在商業(yè)的住宅的分界線處的墻肢（兩側(cè)梁板存在高差）按照《高規(guī)》10.4.6條加強，墻厚≥250mm，抗震等級提高一級（由三級提高至二級），分布筋配筋率≥0.5%。

（6）針對左右兩側(cè)凹進超限的范圍采用密梁的形式進行加強。

6　結(jié)論

綜上所述，本工程存在局部樓層扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、結(jié)構(gòu)平面中部兩側(cè)收進尺寸較大、豎向構(gòu)件局部轉(zhuǎn)換等不利情況，此采取了相應的概念設計，合理的結(jié)構(gòu)計算分析及針對性的構(gòu)造措施，可以滿足結(jié)構(gòu)安全要求，達到預定的性能設計目標，結(jié)構(gòu)設計方案合理可行。

[1]《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]趙西安.高層結(jié)構(gòu)設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.

[4]徐培福.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

TU375.4

A

1673-0038（2015）06-0005-02

2015-1-18

郭樺（1983-），男，工程師，碩士，主要從事建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督工作。

劉志凌（1983-），男，工程師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設計工作。