蔣 媛，劉開強(qiáng)

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072;2.漢嘉設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，四川成都610041)

1 工程概況

本工程為成都地區(qū)某商住樓，主樓采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)換層在地上第5層)。地上30層，1層層高6.00 m，2 ～4層層高4.80 m，5層(轉(zhuǎn)換層)層高6.00 m，6 層層高3.55 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.90 m;地下室層高分別為 4.55 m(負(fù)一層)、3.90 m(負(fù)二層)、3.90 m(負(fù)三層)、5.90 m(負(fù)四層);房屋高度為99.700 m。主樓嵌固在地下室頂板(板厚取180 mm)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 a、安全等級(jí)二級(jí)、丙類設(shè)防，抗震設(shè)防烈度為7度0.10g，場(chǎng)地類別為II類，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，多遇地震、設(shè)防烈度地震、預(yù)估的罕遇地震下水平地震影響系數(shù)最大值分別為 0.08、0.23、0.50;基本風(fēng)壓 0.30 kN/m2(50 a重現(xiàn)期)，承載力設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)壓取0.33 kN/m2，風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.4，干擾增大系數(shù)1.1，地面粗糙度類別為C類。

2 結(jié)構(gòu)布置

主樓平面為L型不規(guī)則平面，4～6層平面布置詳見圖1～圖3。5層及其以下核心筒剪力墻厚度為800 mm、600 mm、400 mm、200 mm;5層以上剪力墻厚度為350 mm、300 mm、250 mm、200 mm;框支柱典型斷面為1 100 mm×1 300 mm、1 100 mm×1 400 mm、1 100 mm×2 000 mm?？蛑Я旱湫蛿嗝鏋? 000 mm×2 300 mm、1 100 mm×2 400 mm。板厚度地下室均為120 mm;地下室頂板為180 mm;2層、3層為120 mm;4層、6層為150 mm;5層為200 mm;標(biāo)準(zhǔn)層為100 mm;屋面層為120 mm。混凝土強(qiáng)度框支柱、落地剪力墻為C60;結(jié)構(gòu)5層梁、板為C55，其余樓層梁、板為C30;5層以上剪力墻由C60漸變?yōu)镃30。

圖1 4層結(jié)構(gòu)布置示意圖

圖2 5層結(jié)構(gòu)布置示意圖

3 結(jié)構(gòu)超限情況及抗震性能目標(biāo)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］(GB5011－2010)(簡稱抗規(guī))、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［2］(JGJ3－2010)(簡稱高規(guī))、《四川省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)》［3］和《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》［4］本工程存在以下四項(xiàng)不規(guī)則:

圖3 6層結(jié)構(gòu)布置示意圖

(1)考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.37大于1.2，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

(2)平面凸出一側(cè)的尺寸占相應(yīng)投影方向總尺寸的50.9%大于35%，凹凸不規(guī)則。

(3)有效樓板寬度占該層樓板典型寬度的44.2%小于50%，樓板局部不連續(xù)。

(4)結(jié)構(gòu)第5層設(shè)有轉(zhuǎn)換層，豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。

本工程存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)(轉(zhuǎn)換層設(shè)在結(jié)構(gòu)第5層屬高位轉(zhuǎn)換)等四項(xiàng)不規(guī)則的特別不規(guī)則建筑，屬超限高層建筑。根據(jù)上述超限情況及《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》［5］(混凝土結(jié)構(gòu))附錄D 中 D.0.1 ～D.0.6 條，綜合考慮場(chǎng)地條件、抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)的建造費(fèi)用、特殊性、震后損失及修復(fù)難易程度等，本工程結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)定位為C等級(jí)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗震性能目標(biāo)見表1。

4 結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算結(jié)果

4.1 風(fēng)荷載和多遇地震作用下的彈性分析及結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)

根據(jù)《高規(guī)》和《抗規(guī)》要求，本項(xiàng)目采用SATWE，MIDAS兩種結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)整體計(jì)算。結(jié)構(gòu)嵌固在地下室頂板，整體計(jì)算時(shí)輸入地下室以模擬地下室對(duì)上部塔樓的影響。風(fēng)荷載和多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗震性能目標(biāo)

表2 多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果滿足《高規(guī)》和《抗規(guī)》的要求;各構(gòu)件的強(qiáng)度及變形和柱、剪力墻的軸壓比也均能滿足要求，滿足多遇地震作用下“完好，變形遠(yuǎn)小于彈性位移限值”的第一階段的抗震性能目標(biāo)。結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向第一平動(dòng)周期比不小于0.8，結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性相近［6］。

根據(jù)《高規(guī)》相關(guān)規(guī)定，本工程為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行多遇地震作用下的彈性時(shí)程分析。通過SATWE軟件，選取5條實(shí)際地震波(TH2TG040、TH4TG040、TH3TG045、TH1TG055、TH3TG055)和 2條人工波(RH1TG045、RH2TG045)共7條加速度時(shí)程曲線進(jìn)行計(jì)算，輸入地震波最大加速度值X向(35 cm/s2)和 Y向(29.7535 cm/s2)。規(guī)范譜與7條自選波的平均譜的對(duì)比詳見圖4，從圖中可以看出主要周期振型點(diǎn)上，規(guī)范譜與7條自選波的平均譜相差不大于20%，滿足《高規(guī)》在統(tǒng)計(jì)意義上相符的規(guī)定。時(shí)程作用下的結(jié)構(gòu)底部剪力與規(guī)范反應(yīng)譜作用下的底部剪力計(jì)算結(jié)果見表3。

圖4 規(guī)范譜與地震波譜對(duì)比圖

結(jié)果表明，在多遇地震作用下，自選7條波的時(shí)程分析結(jié)果平均值小于CQC法的計(jì)算結(jié)果。在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋計(jì)算按CQC法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表3 多遇地震作用下彈性時(shí)程計(jì)算結(jié)果

4.2 設(shè)防烈度地震作用分析及結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)

根據(jù)《高規(guī)》，綜合考慮結(jié)構(gòu)體型規(guī)則性、抗震設(shè)防烈度及超限程度等因素，本工程設(shè)防烈度地震作用下的性能分析采用相對(duì)簡化的等效彈性方法進(jìn)行。分析采用的分析軟件為SATWE，地震影響系數(shù)取0.23，內(nèi)力調(diào)整系數(shù)取為1(即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎等均不調(diào)整)，不計(jì)算風(fēng)荷載，連梁剛度折減系數(shù)0.4，阻尼比 0.06，周期折減系數(shù) 1.0，中梁剛度系數(shù)不放大［7－8］。設(shè)防烈度地震作用下的最大層間位移角計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 設(shè)防地震作用下的最大層間位移角

設(shè)防烈度地震驗(yàn)算結(jié)果表明，其最大層間位移角滿足所設(shè)定的性能目標(biāo)要求。通過對(duì)塔樓在設(shè)防烈度地震作用下彈性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，剪力墻、框架柱、框支梁和框支柱箍筋均未出現(xiàn)超筋現(xiàn)象;通過對(duì)塔樓在設(shè)防烈度地震作用下不屈計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，剪力墻、框架柱、框支梁和框支柱縱向鋼筋均未出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，框架梁、連梁箍筋均未出現(xiàn)超筋現(xiàn)象。剪力墻、框架柱、框支梁和框支柱抗剪彈性、抗彎不屈服，框架梁、連梁抗剪不屈服?？拐饦?gòu)件滿足表1中所設(shè)定的性能目標(biāo)要求。

4.3 預(yù)估的罕遇地震靜力彈塑性分析及結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)采用的是基于承載力的方法。然而當(dāng)側(cè)向力使結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段后，承載力相對(duì)保持不變，但側(cè)向位移卻持續(xù)增加。顯然基于承載力的設(shè)計(jì)方法已不適用于此階段的設(shè)計(jì)。PUSH－OVER分析法(靜力彈塑性分析法)就是在此情況下產(chǎn)生的基于性能評(píng)估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的一種方法［9－12］。

本工程進(jìn)行靜力彈塑性分析采用PUSH＆EPDA軟件。地震影響系數(shù)取0.50，內(nèi)力調(diào)整系數(shù)取為1(即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎等均不調(diào)整)，不計(jì)算風(fēng)荷載，連梁剛度折減系數(shù)0.3，阻尼比0.07，周期折減系數(shù)1.0，中梁剛度系數(shù)不放大，特征周期0.50，其余分項(xiàng)系數(shù)均保留［7－8］。在罕遇地震作用下，沿X、Y方向進(jìn)行推覆分析。

通過對(duì)塔樓在罕遇地震作用下不屈計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，底部加強(qiáng)區(qū)部位的剪力墻、框支柱、框支梁縱向鋼筋和箍筋均未出現(xiàn)超筋現(xiàn)象;一般部位剪力墻、框架柱縱向鋼筋或箍筋部分出現(xiàn)超筋情況，截面抗剪滿足要求。底部加強(qiáng)區(qū)部位的剪力墻、框支柱、框支梁抗剪、抗彎不屈服;一般部位剪力墻、框架柱部分屈服但不全部屈服?？蚣芰汉瓦B梁大部分進(jìn)入屈服階段。核心筒理想塑性極限狀態(tài)出現(xiàn)的順序?yàn)?(1)在連梁端部形成塑性鉸，(2)當(dāng)梁鉸形成足夠大變形使剪力墻墻肢底部也形成塑性鉸，(3)整體形成機(jī)動(dòng)體制。核心筒受力極限狀態(tài)便符合“強(qiáng)墻肢弱連梁”設(shè)計(jì)思想［13－14］。從圖5～圖8及表5可以看出，在罕遇地震作用下的最大彈塑性層間位移角均小于1/250的規(guī)范規(guī)定限值，層間位移角無較大的突變，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度比較均勻，無明顯薄弱層。結(jié)構(gòu)整體及各構(gòu)件的抗震性能滿足性能目標(biāo)C的要求，結(jié)構(gòu)滿足“罕遇地震作用下不倒”的要求。

圖5 CQC地震力X向推覆下結(jié)構(gòu)性能曲線

圖6 CQC地震力Y向推覆下結(jié)構(gòu)性能曲線

圖7 矩形荷載X向推覆下結(jié)構(gòu)性能曲線

表5 罕遇地震作用下的最大層間位移角

圖8 矩形荷載Y向推覆下結(jié)構(gòu)性能曲線

5 抗震加強(qiáng)措施

本工程存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)(轉(zhuǎn)換層設(shè)在結(jié)構(gòu)第5層屬高位轉(zhuǎn)換)等四項(xiàng)不規(guī)則的特別不規(guī)則建筑。針對(duì)以上四項(xiàng)不規(guī)則，結(jié)構(gòu)整體布置考慮以下加強(qiáng)措施:

針對(duì)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則，轉(zhuǎn)換層以上加長周邊剪力墻墻肢、加高周邊連梁高度;轉(zhuǎn)換層及以下采用框架雙筒結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)具有較好的整體剛度。針對(duì)樓板局部不連續(xù)，樓板不連續(xù)區(qū)域板厚度均為120 mm，樓板鋼筋為雙層雙向，配筋率不小于0.25%。針對(duì)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)(轉(zhuǎn)換層設(shè)在結(jié)構(gòu)第5層屬高位轉(zhuǎn)換)，轉(zhuǎn)換層位置越往上，轉(zhuǎn)換層上、下層剪力、傳力途徑及層間位移角突變?cè)酱蟆？刹扇》课葜苓呍鲋眉袅碗娞萃搀w、強(qiáng)化下部結(jié)構(gòu)如加大筒體及落地墻厚度;提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，提高抗震能力;采取以下措施弱化轉(zhuǎn)換層上部剪力墻，如剪力墻開洞、減少墻厚等。上部剪力墻門窗洞口盡量設(shè)于轉(zhuǎn)換梁跨中，外墻盡量設(shè)置翼緣，避免無連梁相連的延性較差的單片墻。除采取以上結(jié)構(gòu)整體加強(qiáng)措施外，還采取如下構(gòu)件抗震加強(qiáng)措施:(1)嚴(yán)格控制剪力墻、框架柱、框支柱的軸壓比、剪壓比，提高轉(zhuǎn)換柱的承載力和延性;(2)框支柱箍筋采用直徑不小于14，間距不大于100;設(shè)置芯柱，提高轉(zhuǎn)換柱的承載力和延性;(3)轉(zhuǎn)換梁采用C55高強(qiáng)混凝土，控制剪壓比;(4)轉(zhuǎn)換層樓板板厚取200，并加大該樓層的配筋率，配筋率不小于0.3%，且雙層雙向配筋(根據(jù)樓板應(yīng)力分析，局部附加樓板鋼筋)。適當(dāng)加大轉(zhuǎn)換層上下兩層的樓板厚度及配筋(150 mm，配筋率不小于0.25%，根據(jù)樓板應(yīng)力分析，局部附加樓板鋼筋)。加強(qiáng)開洞部位的構(gòu)造，如設(shè)暗梁、邊梁;(5)設(shè)防烈度地震作用下剪力墻、框架柱、框支梁和框支柱抗剪彈性、抗彎不屈服，框架梁、連梁抗剪不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)。罕遇地震作用下底部加強(qiáng)區(qū)部位的剪力墻、框支柱、框支梁抗剪、抗彎不屈服;一般部位剪力墻、框架柱部分屈服但不全部屈服，截面抗剪應(yīng)滿足要求;框架梁和連梁大部分進(jìn)入屈服階段進(jìn)行設(shè)計(jì)［15］。

如前文所述，本工程豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)(轉(zhuǎn)換層設(shè)在結(jié)構(gòu)第5層屬高位轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換梁是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)?？蛑Я翰捎每臻g桿系進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析并輔助局部有限元分析計(jì)算，并按計(jì)算結(jié)果確定斷面和配筋。在重力荷載作用下，框支梁按偏心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)，并按應(yīng)力分析結(jié)果配置水平受拉腹筋。轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加構(gòu)造配箍率，避免罕遇地震下轉(zhuǎn)換梁剪切破壞。

6 結(jié)論

(1)本工程為具有扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)四項(xiàng)不規(guī)則的A級(jí)高度超限高層建筑，通過對(duì)底部加強(qiáng)部位剪力墻、框支柱、框支梁等關(guān)鍵構(gòu)件及薄弱連接部位采取有效的加強(qiáng)措施后，SATWE，MIDAS兩種結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

(2)在多遇地震作用下，YJK－A和MIDAS模型計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上雖存在一定的差異，但基本規(guī)律一致。

(3)設(shè)防烈度地震作用下，最大層間位移角為1/539，滿足所設(shè)定的性能目標(biāo)要求。

(4)在預(yù)估的罕遇地震作用下，靜力彈塑性分析結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)薄弱層的彈塑性位移角小于規(guī)范允許的限值，滿足大震不倒的要求。

本工程通過對(duì)多遇地震、設(shè)防烈度地震和預(yù)估的罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的性能分析，計(jì)算結(jié)果中的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程要求，并在合理范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)方案可行。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50011－2010［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

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［4］中華人民共和國建設(shè)部.關(guān)于印發(fā)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》的通知:建質(zhì)［2010］109號(hào)［A］.2010－07－16.

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