張 朕 磊

(上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

某綜合保稅區(qū)通關(guān)服務中心結(jié)構(gòu)抗震設計與分析

張 朕 磊

(上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

通過對結(jié)構(gòu)單體進行小震彈性計算和彈性時程補充計算，精細化補充分析了樓板平面整體性、屋面懸吊桁架和X向、Y向單跨大懸挑單榀框架，并采用PUSHOVER校核結(jié)構(gòu)大震變形能力及塑性演化過程，驗證了陣型分解反應譜設計方法的可靠性。

抗震性能，樓板，懸吊桁架，PUSHOVER

1 工程概述

本工程位于湖南省岳陽市，基地總體呈矩形，向北微凸，高差約12 m。項目用地面積36 922 m2，分為辦公樓、宿舍樓和主閘口三個結(jié)構(gòu)單體。其中辦公樓總建筑面積42 805 m2，地上6層，地下1層。主要功能包括政務用房、金融服務用房、休閑餐飲用房、會議服務用房、酒店服務用房、展示服務用房、行政辦公用房和其他各類輔助用房等。

結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土框架—剪力墻，大屋面高度30.35 m。屬于丙類建筑(標準設防類)，抗震設防烈度為6度(0.05g)，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.35 s，框架抗震等級為四級(局部為三級)，剪力墻抗震等級為三級。單體結(jié)構(gòu)平面圖見圖1，計算模型三維圖見圖2。

2 結(jié)構(gòu)體系及抗震設防目標

結(jié)構(gòu)設計初期對鋼筋混凝土框架與框架—抗震墻體系進行過對比分析，由于純框架體系對扭轉(zhuǎn)剛度的控制不如框架—抗震墻體系，四角筒體的存在能較好地減弱結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應，控制位移比變形，且框架—抗震墻體系的二道防線的概念更清晰，有助于確保結(jié)構(gòu)的抗震性能，最終選定采用鋼筋混凝土框架—抗震墻體系。

本單體存在多項結(jié)構(gòu)平面和豎向不規(guī)則，屬于超限高層建筑，具體超限情況見表1。針對本工程的超限情況，進行了小震SATWE與Midas Building兩程序?qū)Ρ确治?，彈性時程補充驗算，還對樓板平面整體性、屋面懸吊桁架以及X向、Y向單跨大懸挑單榀框架等進行了精細化補充分析，并采用PUSHOVER校核結(jié)構(gòu)大震變形能力及塑性演化過程。經(jīng)上述分析及構(gòu)造處理的結(jié)構(gòu)可以滿足設定的性能目標。具體性能目標見表2[1,2]。

表1 超限情況表

3 樓板應力分析

針對結(jié)構(gòu)設計中存在的平面開大洞，有效樓板連接寬度較窄以及凸出尺度過大等平面不規(guī)則現(xiàn)象，為保證樓板內(nèi)實際剛度，確保水平地震作用的可靠傳遞，避免形成薄弱層，采用Midas Building程序?qū)前灞∪醪课贿M行了小震條件下樓板應力分析。同時考慮2層、3層樓板實際連接寬度較小，即便采取了構(gòu)造及分析上的加強措施，當建筑遭遇超過設防罕遇地震時，仍難以確保樓面較窄連接部位的樓板強度，有鑒于此，補充SATWE分塔計算模型。即假定2層、3層樓板在地震中受拉破壞，結(jié)構(gòu)在這兩層形成彼此分離的3個塔，要求多塔模型與原整體模型的動力表現(xiàn)相似，各整體指標均應滿足規(guī)范限值要求且與整體模型指標偏差不大，各塔具備獨立承受地震作用的能力。截取4層樓板應力云圖見圖3。

表2 構(gòu)件性能目標表

4 屋面懸吊桁架分析

為滿足建筑立面效果，5層以上平面南側(cè)2根框架柱、4層以上平面左下角框架柱以及5層以上平面右上角框架柱無法落地，造成豎向構(gòu)件不連續(xù)超限，見圖4。針對上述部位結(jié)構(gòu)，在屋面上方借助女兒墻高度布置雙向懸吊桁架結(jié)合樓層平面大跨預應力梁的方式進行轉(zhuǎn)換處理，這也對屋面桁架的設計提出了較高的要求。除構(gòu)造上提出此范圍框架抗震等級提高為三級以外，結(jié)構(gòu)設計要求在考慮豎向地震的條件下，懸吊桁架及吊柱滿足中震彈性的性能要求。為實現(xiàn)設定的性能目標，對以上區(qū)域構(gòu)件進行了中震補充設計驗算。此外，對于5層以上屋面南側(cè)3跨27 m大跨度，6 m大懸挑區(qū)域，見圖5，豎向力主要沿跨度方向的受力機制(大跨梁+屋面桁架)進行傳遞，為明確傳力路徑，提高結(jié)構(gòu)安全度，進行了平面框架的補充設計驗算。最終結(jié)構(gòu)設計時以上述補充計算模型與整體模型做包絡設計，可滿足強度及變形要求[3]。

5 靜力彈塑性PUSHOVER分析

除了采用彈性時程補充計算外，本工程還采用PKPM系列軟件PUSH程序模塊對結(jié)構(gòu)進行了彈塑性推覆分析?；炷敛牧系氖軌罕緲?gòu)關(guān)系采用SAENZ曲線模擬，并考慮了其中的下降段，忽略混凝土的抗拉能力。鋼筋的本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型。結(jié)構(gòu)計算見表3。

表3 結(jié)構(gòu)計算表

結(jié)構(gòu)在PUSH過程中，破壞主要集中在剪力墻構(gòu)件上，兩方向剪力墻均經(jīng)歷了墻底受拉側(cè)開裂、中部高度處連梁開裂→裂縫開展→墻底鋼筋屈服、頂部開裂，連梁屈服→屈服區(qū)域由墻底向上發(fā)展，連梁屈服由下向上發(fā)展→1/2墻高開裂、底部完全屈服的破壞過程，且X向破壞過程較Y向嚴重。

由于結(jié)構(gòu)整體剛度大，抗震墻承載力高，同時所受地震作用小，即使在6度大震時，整體也基本處于彈性狀態(tài)，僅墻肢底部輕微開裂。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化與合理構(gòu)造(附實例)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

Seismic analysis and design of an office building structure

Zhang Zhenlei

(ShanghaiInstituteofArchitecturalDesignandReaserchCo.,Ltd,Shanghai200041,China)

The response spectrum analysis and elastic time history analysis of an office building was performed under minor earthquake meanwhile refined analysis was performed to investigate the slab integrity and the effectiveness of the suspension truss and single-span frame with large cantilever in both directions. In addition, PUSHOVER analysis under major earthquake was carried out to examine the displacement ductility and plasticity developing process, which verify the reliability of the response spectrum method.

seismic performance, slab, suspension truss, PUSHOVER

1009-6825(2017)03-0031-03

2016-11-13

張朕磊(1987- )，男，工程師

TU352

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