樂(lè)建新，王　欣，吳余飛，鄔玉偉，陳瑞生

(1.杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院股份有限公司，浙江 杭州 310004；2.浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014)

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紹興環(huán)球紐約國(guó)際中心超高層中震性能設(shè)計(jì)

樂(lè)建新1，王欣2，吳余飛1，鄔玉偉1，陳瑞生2

(1.杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院股份有限公司，浙江 杭州 310004；2.浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014)

摘要：以主體161.1 m高的紹興環(huán)球紐約國(guó)際中心框架-核心筒結(jié)構(gòu)雙塔超高層為例，分析了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通結(jié)構(gòu)構(gòu)件的中震性能目標(biāo)確立過(guò)程，驗(yàn)算了整體結(jié)構(gòu)和各結(jié)構(gòu)構(gòu)件在中震作用下的性能狀態(tài)。驗(yàn)算結(jié)果表明，本工程結(jié)構(gòu)在中震作用下能滿(mǎn)足預(yù)定的中震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：中震性能設(shè)計(jì)；性能目標(biāo)；中震彈性；中震不屈服

1工程概況

紹興環(huán)球紐約國(guó)際中心總建筑面積近18萬(wàn)m2，最大結(jié)構(gòu)高度為161.1 m，位于紹興市迪蕩新城，上部結(jié)構(gòu)由兩座42層塔樓(賓館塔和公寓塔)及5層裙房組成。塔樓結(jié)構(gòu)體系為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)，地下3層整體相連，嵌固端設(shè)計(jì)在地下室頂板，并滿(mǎn)足抗震規(guī)范有關(guān)要求，建筑結(jié)構(gòu)三維整體計(jì)算模型見(jiàn)圖1。地面以上塔樓與裙房之間設(shè)置兩道伸縮縫兼防震縫，在分析上部結(jié)構(gòu)時(shí)，塔樓和裙房分為三個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)體系分別計(jì)算，并與整體多塔模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比包絡(luò)設(shè)計(jì)。裙房2層結(jié)構(gòu)平面布置見(jiàn)圖2。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。兩塔樓高寬比均為4.4，中筒高寬比為10.5。場(chǎng)地土類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。按6度抗震設(shè)防進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)分組為第一組，場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期為0.35 s。

圖1　結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型

本工程因建筑功能修改等因素使得設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，并經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的更新，而新規(guī)范對(duì)抗震性能化設(shè)計(jì)已有較明確的規(guī)定。因此，盡管本工程平面及豎向結(jié)構(gòu)布置均較規(guī)則，小震計(jì)算也未出現(xiàn)明顯超限情形[1]，但考慮到塔樓高度已超《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 3—2010)》[2](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》)A級(jí)高度的最大適用高度，且裙房局部有穿層柱和大懸挑，在20層還有鋼結(jié)構(gòu)連廊連接兩塔樓等不利因素。為達(dá)到在保證安全的前提下兼顧經(jīng)濟(jì)性的目的，依然對(duì)本工程預(yù)設(shè)了中震性能目標(biāo)，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行中震彈性驗(yàn)算，對(duì)其余普通構(gòu)件進(jìn)行中震不屈服驗(yàn)算。

2中震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定

國(guó)內(nèi)外多次地震的震害表明，隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)和城市人口密度的增長(zhǎng)，城市建筑設(shè)施越來(lái)越復(fù)雜，地震所引起的經(jīng)濟(jì)損失也將越來(lái)越大?，F(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》[3](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《抗規(guī)》)和《高規(guī)》關(guān)于抗震性能化設(shè)計(jì)的內(nèi)容已經(jīng)考慮了控制建筑和設(shè)施的地震破壞，目的是為了在地震后能基本保持正常的生產(chǎn)、生活功能，減少地震對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活所帶來(lái)的危害。隨著建筑的平面和立面的復(fù)雜程度增加，按常規(guī)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的抗震設(shè)計(jì)往往不能完全滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)要求。因而，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的具體情況采用不低于基本抗震設(shè)防目標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)方法，確定合理的抗震性能目標(biāo)，采取恰當(dāng)?shù)挠?jì)算和抗震措施，實(shí)現(xiàn)抗震性能目標(biāo)的要求。

抗震性能化設(shè)計(jì)通常按照以提高結(jié)構(gòu)局部或關(guān)鍵構(gòu)件的變形能力并同時(shí)提高抗震承載力的原則進(jìn)行。限于地震研究的現(xiàn)狀和兼顧經(jīng)濟(jì)性考慮，本工程中震作用下性能設(shè)計(jì)目標(biāo)確立過(guò)程如下：

由圖2可見(jiàn)，因建筑體量較大，根據(jù)功能需要設(shè)計(jì)有多個(gè)大門(mén)廳，由于門(mén)廳柱兩層通高形成穿層柱或僅一個(gè)方向有梁拉結(jié)，且作為上部樓層豎向荷載的主要支承構(gòu)件，屬于重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。因此，我們擬定門(mén)廳柱均按“中震彈性”設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)的性能目標(biāo)就是在設(shè)防烈度地震(中震)作用下，門(mén)廳柱仍處于彈性狀態(tài)，并在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)保證穿層柱配筋不小于相鄰不穿層的框架柱。對(duì)于裙房部分，因邊跨大范圍存在3.6 m大懸挑，挑梁及其框架柱也應(yīng)視為關(guān)鍵構(gòu)件，因而挑梁及邊柱按中震彈性設(shè)計(jì)，并考慮豎向地震作用，高于規(guī)范要求(《高規(guī)》規(guī)定7度0.15 g時(shí)計(jì)入豎向地震作用，為基本要求)。作為關(guān)鍵構(gòu)件的底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻通常應(yīng)按中震彈性(不屈服)設(shè)計(jì)，根據(jù)本工程特點(diǎn)我們將范圍擴(kuò)大到裙房上一層并往下延伸至基礎(chǔ)頂，即核心筒剪力墻自基礎(chǔ)頂至裙房上一層范圍內(nèi)抗剪按中震彈性設(shè)計(jì)，抗彎按中震不屈服設(shè)計(jì)。普通框架梁和剪力墻連梁作為耗能構(gòu)件，按抗剪不屈服設(shè)計(jì)但允許出現(xiàn)抗彎屈服。此外，本工程在20層設(shè)有44 m跨空中連廊，兩端支承連廊的框架柱按中震彈性設(shè)計(jì)，并將其抗震等級(jí)提高至一級(jí)。綜上分析，本工程最終確定的中震性能目標(biāo)見(jiàn)表1。

3中震計(jì)算分析

3.1計(jì)算參數(shù)

為判斷結(jié)構(gòu)各部位是否滿(mǎn)足表1的性能目標(biāo)，采用《抗規(guī)》第3.10.3條規(guī)定的中震地震影響系數(shù)進(jìn)行反應(yīng)譜分析。計(jì)算采用SATWE和ETABS工具完成，對(duì)于本工程兩者的計(jì)算結(jié)果并無(wú)明顯差異，本文將根據(jù)SATWE計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。在進(jìn)行中震計(jì)算時(shí)不考慮風(fēng)荷載參與組合，同時(shí)考慮到填充墻均為輕質(zhì)隔墻且在設(shè)防烈度地震時(shí)填充墻剛度有所退化，故周期折減系數(shù)取1.0；同理，考慮連梁和樓板在中震時(shí)出現(xiàn)裂縫等輕微破壞，連梁剛度折減系數(shù)取0.55～0.8，中梁剛度系數(shù)按程序根據(jù)規(guī)范自動(dòng)取值，且控制在1.5以?xún)?nèi)。

中震彈性計(jì)算時(shí)，與抗震等級(jí)有關(guān)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)(強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整)均取1.0；荷載分項(xiàng)系數(shù)按設(shè)計(jì)值取不變。中震不屈服計(jì)算時(shí)，與抗震等級(jí)有關(guān)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)均取1.0；荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0；抗震調(diào)整系數(shù)rRE取1.0；材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2計(jì)算結(jié)果分析

中震作用下整體結(jié)構(gòu)的、剪重比、基底總剪力、最大層間位移角計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。本文僅給出公寓塔樓整體計(jì)算結(jié)果。

表2　中震作用下公寓塔樓整體計(jì)算結(jié)果

整體計(jì)算結(jié)果表明，兩塔樓以及裙房結(jié)構(gòu)整體均能滿(mǎn)足中震設(shè)計(jì)要求。構(gòu)件的中震不屈服判別按下述方法進(jìn)行：先求出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值，再將內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值與構(gòu)件的屈服承載力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比來(lái)判斷是否屈服以及屈服的程度。其中連梁屈服承載力計(jì)算采用《高規(guī)》提供的公式計(jì)算。

因本工程地處6度區(qū)且場(chǎng)地條件較好等原因，驗(yàn)算結(jié)果顯示兩塔樓的核心筒和框架柱以及裙房的框架柱在中震作用下保持著良好的彈性性能，穿層柱及搭連廊的框架柱雖處于彈性狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)仍采取提高抗震等級(jí)或調(diào)整配筋等措施以提高其抗震承載能力；框架梁及核心筒連梁均未出現(xiàn)剪切屈服的情形，但有一部分連梁進(jìn)入彎曲屈服狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)調(diào)整已屈服和接近屈服的框架梁及連梁的配筋適當(dāng)提高其承載力。中震不屈服驗(yàn)算表明，在中震作用下各構(gòu)件的屈服狀態(tài)基本是先有部分連梁屈服，其次有部分框架梁接近屈服，而豎向構(gòu)件則未出現(xiàn)屈服狀況。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果,采取調(diào)整配筋和抗震等級(jí)提高構(gòu)件承載能力等措施，從設(shè)計(jì)上保證本工程在中震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了紹興環(huán)球紐約國(guó)際中心超高層結(jié)構(gòu)中震性能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括性能目標(biāo)的確定、計(jì)算參數(shù)選取和計(jì)算結(jié)果分析等。計(jì)算結(jié)果表明，本工程能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的中震作用下抗震性能目標(biāo)要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]惲波,樂(lè)建新,裘濤,等.雙塔超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].浙江建筑,2010,27(4):11-14.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

收稿日期：2016-03-11

作者簡(jiǎn)介：樂(lè)建新(1982—)，男，江西撫州人，工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TU352.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-3707(2016)07-0013-03

Design of the Medium Seismic Performance for the Super High-RiseBuildings of the Global New York International Center in Shaoxing

LE Jianxin1, WANG Xin2, WU Yufei1, WU Yuwei1, CHEN Ruisheng2