榮 帆

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030024)

1 工程概況

某超限高層，建筑場地總用地面積4 806.12 m2，總建筑面積114 946.72 m2，其中辦公部分52 944.86 m2；酒店部分62 001.86 m2。地下3層，地上為1號塔樓26層，2號塔樓22層，塔樓之間裙樓5層。1號酒店塔樓總高度為110.40 m，2號辦公樓塔樓總高度為99.60 m，1號塔樓為B級高層，2號塔樓為A級高層。1號，2號塔樓地上部分通過5層裙房連接，形成雙塔結(jié)構(gòu)體系。各建筑出入口無室內(nèi)外高差，建筑效果圖見圖1。

2 設(shè)計條件

2.1 樓面、屋面恒載及活荷載

本工程常用結(jié)構(gòu)荷載按GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取值，特殊設(shè)備荷載由相關(guān)方提供，詳見表1。

表1 荷載取值

2.2 風(fēng)荷載及雪荷載

基本風(fēng)壓取0.45 kN/m2(由于超A級高度，基本風(fēng)壓按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用)，地面粗糙度為C類。對于整體結(jié)構(gòu)分析，風(fēng)載體型系數(shù)采用1.3。

基本雪壓取0.35 kN/m2。

2.3 地震作用

根據(jù)GB 50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)段內(nèi)的使用人數(shù)不超過8 000，其抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防(丙類)。根據(jù)巖土工程勘察報告，該場地為Ⅲ類，應(yīng)按8度抗震烈度進(jìn)行設(shè)防，設(shè)計地震分組第一組，根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范，場地的特征周期為0.45 s，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。水平地震影響系數(shù)最大值采用0.16(多遇地震)，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05。

2.4 結(jié)構(gòu)形式

1號塔樓采用框架—核心筒鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，框架的抗震等級為一級，抗震墻的抗震等級為特一級。

2號塔樓采用框架—核心筒鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，框架的抗震等級為一級，抗震墻的抗震等級為一級。

裙樓為框架結(jié)構(gòu)，框架等級為特一級。

3 結(jié)構(gòu)體系與布置

3.1 抗側(cè)力體系

1)本建筑為框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，核心筒及塔樓框架柱通高設(shè)置，裙樓區(qū)域3層宴會廳范圍內(nèi)抽取部分框架柱。

2)抗側(cè)力構(gòu)件均采用HRB400級鋼筋，型鋼采用Q345級鋼材,混凝土強度C55～C30。

3)豎向構(gòu)件截面。

1號塔樓主要豎向構(gòu)件截面：核心筒外墻：600 mm～400 mm；框架柱：1 300 mm×1 300 mm～800 mm×800 mm；

2號塔樓主要豎向構(gòu)件截面：核心筒外墻：500 mm～400 mm；框架柱：1 200 mm×1 200 mm～800 mm×800 mm。

3.2 樓(屋)蓋體系

本建筑采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，樓面板100 mm厚，屋面板120 mm厚；核心筒連接部位及裙樓大開洞周圈樓板采用180 mm厚；裙樓頂板及上下各一層樓板采用150 mm厚。裙樓6層頂采用鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系。樓板開洞情況詳見結(jié)構(gòu)初設(shè)圖紙。樓板鋼筋采用HPB300級、HRB400級，混凝土強度較相應(yīng)樓層豎向構(gòu)件降低兩個標(biāo)號。

4 結(jié)構(gòu)超限判定及應(yīng)對措施

塔樓采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，各塔樓涉及超限內(nèi)容如下(依據(jù)為山西省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定規(guī)定—晉建質(zhì)字[2011]221號)。

4.1 酒店(1號)塔樓判定

1)采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，建筑總高度為110.40 m，規(guī)范規(guī)定的其高度限制(A級高度)為100 m，本塔樓超過規(guī)范限制10.4%。

2)三項及三項以上不規(guī)則的內(nèi)容：a.扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：考慮偶然偏心大的位移比大于1.2。X向占27%，最大值1.22。Y向占100%，最大值1.37。b.組合平面：本塔樓平面布置屬于細(xì)腰型。c.尺寸突變：本塔樓屬于多塔結(jié)構(gòu)。d.局部樓層穿層柱。

4.2 辦公(2號)塔樓判定

1)一項不規(guī)則的內(nèi)容：無。2)三項及三項以上不規(guī)則的內(nèi)容：a.組合平面：本塔樓平面布置屬于細(xì)腰型。b.尺寸突變：本塔樓屬于多塔結(jié)構(gòu)。c.局部樓層穿層柱。

5 計算參數(shù)

5.1 抗震性能目標(biāo)

抗震性能目標(biāo)為C級，即：多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震分別對應(yīng)性能水準(zhǔn)1、性能水準(zhǔn)2、性能水準(zhǔn)3。

5.2 抗震計算參數(shù)

1)設(shè)防烈度8度，場地類別為Ⅲ類，采用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》所規(guī)定的反應(yīng)譜函數(shù)和特征周期。

2)振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)，振型數(shù)取為18個(不少于2倍的塔樓數(shù)量)，各振型貢獻(xiàn)按CQC組合，周期折減系數(shù)為0.90。

3)偶然偏心(計算控制位移比)和雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)組合工況。

4)分析時樓板假定為剛性。裙樓頂板作為彈性樓板單獨分析。

5)連梁剛度折減系數(shù)為0.75。

6)X，Y兩個方向的風(fēng)力計算時，風(fēng)荷載的體型系數(shù)按規(guī)范采用，取1.3。

7)施工加載：按模擬施工方式3加恒載。

6 多遇地震結(jié)構(gòu)分析

反應(yīng)譜法結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計算結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)譜法結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計算結(jié)果(雙塔)

7 設(shè)防地震結(jié)構(gòu)分析

本工程在設(shè)防地震作用下的性能目標(biāo)設(shè)計原則為：關(guān)鍵構(gòu)件(墻、柱)滿足抗彎不屈服、抗剪彈性；部分豎向構(gòu)件以及大部分耗能構(gòu)件(剪力墻連梁)進(jìn)入屈服狀態(tài)。

中震彈性計算時，計算模型地震影響系數(shù)按多遇地震2.8倍取值(0.45)；內(nèi)力調(diào)整系數(shù)取為1；其余參數(shù)參照多遇地震作用取值。

中震不屈服計算時，計算模型地震影響系數(shù)按多遇地震2.8倍取值(0.45)；荷載分項系數(shù)取為1；內(nèi)力調(diào)整系數(shù)取為1；抗震調(diào)整系數(shù)取為1；材料強度采用標(biāo)準(zhǔn)值；其余參數(shù)參照多遇地震作用取值。

通過計算結(jié)果表明：在中震作用下，塔樓底部加強區(qū)剪力墻、框架柱抗彎與抗剪均能保證彈性狀態(tài)，部分連梁及少數(shù)框架梁抗彎進(jìn)入屈服狀態(tài)；裙樓部分豎向構(gòu)件均能保證彈性狀態(tài)；在豎向剛度突變部位(裙樓頂部)剪力墻、框架柱依然能夠保證彈性狀態(tài)，滿足性能目標(biāo)要求。

8 罕遇地震結(jié)構(gòu)分析

8.1 罕遇地震分析

1)計算參數(shù)。

抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)防烈度為8度(第一組)，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，場地類型為Ⅲ類，結(jié)構(gòu)阻尼取0.05(參照GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范)。罕遇地震下場地特征周期為0.50 s。

2)計算模型仍采用彈性分析階段(SATWE)所建立的模型。由于PUSH-OVER計算中需求譜和能力譜須通過等效單自由度體系得出，故將雙塔模型拆分為兩個單塔模型分別進(jìn)行計算分析。

3)通過計算，可了解結(jié)構(gòu)在大震作用下的抗倒塌性能、位移角及塑性鉸的分布情況。

4)PUSH-OVER分析中分別對結(jié)構(gòu)的X，Y兩個方向進(jìn)行水平加載，在水平加載前均進(jìn)行了重力加載。根據(jù)規(guī)范，本工程大震反應(yīng)譜曲線中αmax=0.9，Tg=0.5 s。

8.2 罕遇地震計算結(jié)果

1)經(jīng)過PUSH-OVER分析后，主要抗側(cè)力構(gòu)件沒有發(fā)生嚴(yán)重破壞，多數(shù)連梁屈服耗能，但不至于引起局部倒塌和結(jié)構(gòu)整體安全，大震結(jié)構(gòu)性能滿足“大震不倒”的要求。

2)在罕遇地震分析過程中，結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)為連梁首先出現(xiàn)塑性鉸，連梁損傷并伴隨結(jié)構(gòu)框架梁進(jìn)入塑性階段參與結(jié)構(gòu)整體塑性耗能，結(jié)構(gòu)柱部分進(jìn)入塑性階段。底部加強區(qū)核心筒外墻在罕遇地震作用下出現(xiàn)少量塑性鉸，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)整體垮塌。

3)罕遇地震作用下，絕大部分筒體剪力墻滿足抗剪彈性的設(shè)防要求，未出現(xiàn)剪力墻全截面損傷。罕遇地震下結(jié)構(gòu)樓層位移角滿足1/100的抗震設(shè)防要求，整體看，結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的彈塑性反應(yīng)及破壞機制，符合結(jié)構(gòu)抗震工程的性能設(shè)計要求。

4)地震力主方向的結(jié)果指標(biāo)見表3。

表3 PUSH結(jié)果指標(biāo)

9 結(jié)語

根據(jù)以上分析陳述，本項目存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、剛度突變、高度超限等情況，但通過結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化、薄弱部位及重要構(gòu)件的加強、以性能目標(biāo)為基準(zhǔn)的構(gòu)件截面設(shè)計、對鋼筋配置等構(gòu)造措施加強后，可滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準(zhǔn)抗震設(shè)計要求。