劉文彬

上海綠地建設(shè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200437

1 工程概況

某項(xiàng)目地塊位于蘇州城西的生態(tài)科技城中心，由8層綜合商業(yè)和總高不超過(guò)100 m的3棟高層公寓樓以及2層地下室（局部3層地下室）組成，項(xiàng)目占地面積為19 000 m2，總建筑面積為185 198.17 m2（圖1）。

圖1 項(xiàng)目總體鳥(niǎo)瞰圖

為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，根據(jù)建筑平面布置及功能要求，將建筑以抗震縫為界分為6個(gè)結(jié)構(gòu)單體，各單體均以地下室頂板作為嵌固端。本文僅對(duì)公寓樓2進(jìn)行論述，因?yàn)樵摴堑撞坑猩虡I(yè)，荷載及層高相較于普通住宅差別較大，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。

公寓樓2地下2層、地上28層，總建筑高度為93 m，平面長(zhǎng)度為44.2 m，典型寬度為12.7 m?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.10g，地震設(shè)計(jì)分組為第一組，場(chǎng)地特征周期為0.53 s，設(shè)計(jì)使用年限為50 a，安全等級(jí)為一級(jí)。公寓樓2的4層及以下為商業(yè)，屬于乙類(lèi)建筑，4層以上為公寓住宅，屬于丙類(lèi)建筑。場(chǎng)地土類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，本場(chǎng)地屬于建筑抗震一般地段。

公寓樓2采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。4層及以下的抗震等級(jí)為一級(jí)，4層以上的抗震等級(jí)為二級(jí)。

剪力墻厚度為200～500 mm，剪力墻中的型鋼截面分別為HN400 mm×200 mm×8 mm×13 mm和HN500 mm×200 mm×10 mm×16 mm。

框架梁截面尺寸一般為200 mm×400 mm、300 mm×500 mm、500 mm×800 mm、400 mm×1 000 mm。

受力筋采用HRB400級(jí)鋼筋，非受力筋采用HPB300級(jí)鋼筋。主樓部分的梁、板、樓梯采用C30混凝土，地下室部分柱、墻采用C50混凝土，地上部分根據(jù)軸壓比大小，混凝土強(qiáng)度由C50依次減小到C30。

公寓樓2的高寬比為93/12.7=7.32，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的最大高寬比6，但抗傾覆計(jì)算均未出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)公寓樓2的不規(guī)則性進(jìn)行判別：本單體建筑總高度不超過(guò)120 m，不屬于高度超限建筑；本單體考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比存在大于1.2的樓層，但不超過(guò)1.4，即扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。由于不規(guī)則部分沒(méi)有達(dá)到3項(xiàng)，故本工程不屬于超限高層，可不進(jìn)行抗震超限審查[1-3]。

2 多遇地震下的抗震設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)計(jì)算程序采用PKPM-SATWE，地震作用按照規(guī)范中的參數(shù)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，均考慮空間耦連震動(dòng)。全樓樓板采用剛性樓板假定計(jì)算。

由于建筑的使用要求，公寓樓2的1～4層為商業(yè)，底層層高為6.00 m，2～4層層高為5.40 m，5層以上為酒店式公寓，層高均為2.95 m，因?yàn)樯虡I(yè)層和住宅層的層高相差較大，在第4層處很容易出現(xiàn)薄弱層。

本項(xiàng)目在不影響建筑和其他專(zhuān)業(yè)使用的前提下，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置，以及增加連梁高度、增加剪力墻的厚度等措施，從而增大了第4層的剛度，避免出現(xiàn)薄弱層，使剛度逐漸均勻變化。

剪重比是結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的一個(gè)重要控制指標(biāo)，公寓樓2的底層剪重比在x方向沒(méi)有滿(mǎn)足規(guī)范的要求，考慮到只要有一層剪重比不滿(mǎn)足要求，就需要對(duì)整樓進(jìn)行剪力調(diào)整，導(dǎo)致造價(jià)提高。

為此，在公寓樓2的住宅部分設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)層的飄窗以及窗戶(hù)位置把梁高度加高并上翻，同時(shí)調(diào)整剪力墻的厚度，優(yōu)化樓板的厚度，從而在保證不影響建筑使用的條件下增大結(jié)構(gòu)的剛度，并減小結(jié)構(gòu)自重，使最終的剪重比滿(mǎn)足了規(guī)范的要求。

結(jié)構(gòu)第一振型為x向平動(dòng)，第二振型為y向平動(dòng)，第三振型則為扭轉(zhuǎn)振型，結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期之比小于0.9，滿(mǎn)足規(guī)范要求；結(jié)構(gòu)在地震作用及風(fēng)荷載作用下的最大層間位移角小于規(guī)范限值1/1 000的要求，在考慮偶然偏心地震的作用下，結(jié)構(gòu)樓層最大位移比小于規(guī)范限值1.4。

3 基于性能的抗震設(shè)計(jì)

3.1 抗震性能目標(biāo)

根據(jù)蘇州當(dāng)?shù)氐囊?guī)定，結(jié)構(gòu)的高寬比在超過(guò)規(guī)范限值的10%～20%時(shí)，需進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)。公寓樓2的高寬比超過(guò)限值12.2%，為保證設(shè)計(jì)安全，除按照規(guī)范的要求及目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)外，亦提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)要求。對(duì)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件提出中震下的性能目標(biāo)，并進(jìn)行驗(yàn)算，在多遇地震（小震）下，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻滿(mǎn)足彈性設(shè)計(jì)要求，在設(shè)防烈度地震（中震）下，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻滿(mǎn)足抗剪彈性，抗彎不屈服。

3.2 中震計(jì)算結(jié)果

3.2.1 底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻中震彈性計(jì)算

計(jì)算結(jié)果表明，中震彈性下，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻能夠滿(mǎn)足抗剪彈性的設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的性能目標(biāo)。

3.2.2 底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻中震不屈服計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，中震不屈服下，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻能夠滿(mǎn)足抗彎不屈服的設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的性能目標(biāo)。

中震不屈服下，底層受拉墻體截面驗(yàn)算結(jié)果表明：底部加強(qiáng)區(qū)個(gè)別墻肢產(chǎn)生了拉應(yīng)力，大部分墻肢在設(shè)防地震作用下仍處于受壓狀態(tài)。部分處于受拉狀態(tài)的墻肢的名義拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，故應(yīng)在鋼筋混凝土剪力墻中增加型鋼來(lái)承擔(dān)拉應(yīng)力。

4 大震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算

為了驗(yàn)證公寓樓2在大震作用下的彈塑性變形能力，采用了PKPM系列的PUSHOVER軟件進(jìn)行了擬靜力推覆驗(yàn)算，從抗倒塌驗(yàn)算結(jié)果來(lái)看，在預(yù)估的大震作用下，彈塑性層間位移角遠(yuǎn)小于規(guī)范限值1/120，說(shuō)明本單體在大震作用下，具有良好的變形性能，能夠滿(mǎn)足“大震不倒”的設(shè)防要求。

5 結(jié)構(gòu)采取的主要措施

1）公寓樓2中公寓住宅部分的外廊板厚從原先的120 mm加厚至150 mm，并提高配筋率，采用雙層雙向配筋（配筋從原先的φ8 mm@100 mm提高至φ10 mm@100 mm），以提高傳遞水平地震力的能力，在PKPM模型中指定為彈性膜進(jìn)行計(jì)算，配筋滿(mǎn)足計(jì)算要求。

2）由于短肢剪力墻的抗震性能差，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)短肢剪力墻的數(shù)量作了嚴(yán)格控制，使得在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部?jī)A覆力矩小于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的30%。在布置剪力墻時(shí)，積極和其他專(zhuān)業(yè)協(xié)商，能拉長(zhǎng)的剪力墻盡量拉長(zhǎng)，以使墻肢截面高度與厚度之比大于8；對(duì)于無(wú)法拉長(zhǎng)的剪力墻，盡量增加墻的厚度至350 mm。對(duì)于那些無(wú)法規(guī)避的短肢剪力墻，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)箍筋全高加密至100 mm，并加大箍筋直徑，縱筋全截面配筋率在滿(mǎn)足規(guī)范要求的同時(shí)提高10%的配筋面積，并嚴(yán)格控制其軸壓比。

3）調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置，使得質(zhì)心和剛心盡量重合，原結(jié)構(gòu)布置的扭轉(zhuǎn)較大，抗側(cè)剛度偏弱，經(jīng)與建筑專(zhuān)業(yè)協(xié)商，通過(guò)增加單體兩端和周邊剪力墻的長(zhǎng)度和厚度，并加大連梁的高度，提高結(jié)構(gòu)四周的剛度和抗扭轉(zhuǎn)能力，盡可能減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

4）計(jì)算分析時(shí)考慮偶然偏心、雙向地震作用，按總剛、剛性樓板（位移比計(jì)算時(shí)為“強(qiáng)制剛性板” ）假定進(jìn)行多遇地震下的計(jì)算，且選用較多振型以充分考慮高階振型的影響。

5）公寓樓2為剪力墻結(jié)構(gòu)，個(gè)別位置的連梁剪壓比計(jì)算較難通過(guò)，為此，通過(guò)對(duì)連梁采取剛度折減、減小連梁的高度、設(shè)置雙縫連梁以及增加交叉斜筋等有效措施，使得剪壓比滿(mǎn)足計(jì)算要求。

6）公寓樓2建筑底部第2層（模型第3層）因樓梯、風(fēng)井較多，對(duì)樓板削弱較大，對(duì)樓板面寬削弱超過(guò)30%的位置，將其周邊樓板厚度從原來(lái)的130 mm加厚至160 mm，采用雙層雙向配筋（配筋從原先的φ10 mm@100 mm提高至φ12 mm@100 mm）；連接極弱處除加厚樓板厚度外還應(yīng)補(bǔ)充樓板應(yīng)力分析，使其滿(mǎn)足中震彈性的要求。

采取以上措施后，計(jì)算結(jié)果表明，中震彈性下，最大拉應(yīng)力為1.970 MPa（＜2.01 MPa），最大壓應(yīng)力為7.166 MPa（＜20.1 MPa），最大剪應(yīng)力為1.719 MPa（＜2.01 MPa），均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

6 施工采取的主要措施

1）設(shè)計(jì)總則中要求，所有孔洞均需在廠家進(jìn)行加工，不得在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行氧氣吹割；同時(shí)根據(jù)04SG523《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造》中的要求，孔洞的最大公稱(chēng)直徑不能比所穿鋼筋直徑大8 mm以上，孔洞邊距型鋼焊縫須不小于500 mm，孔洞與孔洞間距不應(yīng)小于250 mm；此外，翼緣板不允許開(kāi)孔，僅允許在滿(mǎn)足上述的條件下對(duì)腹板進(jìn)行取孔，且腹板截面損失率不宜大于25%。

2）強(qiáng)化深化設(shè)計(jì)，與設(shè)計(jì)密切配合，設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮施工的可行性。將鋼筋過(guò)于密集的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主筋盡量使用22、25 mm大直徑的鋼筋，以減少主筋的數(shù)量，從而增大主筋間的間距，有利于鋼筋排布及截面尺寸的確定。

3）因?yàn)樾弯撝訦型鋼為主，其主筋與箍筋和鋼柱靠的比較緊密，所以不可以按照普通墻體的施工方式進(jìn)行。在具體施工過(guò)程中，要在完成型鋼柱吊裝固定并且型鋼柱焊縫檢查合格后，才可以開(kāi)展鋼筋施工。鋼筋施工項(xiàng)目中，型鋼柱和梁筋相交處需要先繪制施工圖，確定穿筋布置的位置與錨固的位置，同時(shí)繪制出施工大樣圖，并按照其設(shè)計(jì)要求施工，標(biāo)準(zhǔn)層梁的頂部與底部要按照設(shè)計(jì)預(yù)留的穿筋孔位置，將型鋼穿入。

4）對(duì)鋼筋過(guò)密且主筋不允許調(diào)整的部分，經(jīng)原設(shè)計(jì)許可后采取并孔處理。

5）型鋼柱節(jié)均由廠家直接運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)查，符合規(guī)范要求后允許進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。吊裝過(guò)程中，吊繩與耳板連接穩(wěn)定后再起吊，并在柱腳處加設(shè)墊木。

6）采用預(yù)拌混凝土，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，并按照高強(qiáng)度混凝土施工要求開(kāi)展施工作業(yè)。在澆筑混凝土?xí)r，要確保型鋼柱內(nèi)混凝土的清潔，其表面不能有積水和雜物等，并做好防護(hù)措施。

7 建議

由于建筑專(zhuān)業(yè)過(guò)分地追求建筑的平面功能以及公寓住宅未來(lái)的銷(xiāo)售指標(biāo)，從而影響了結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的構(gòu)件布置，比如[4-7]：

1）由于建筑布置使得結(jié)構(gòu)的高寬比超過(guò)了規(guī)范的限值，為此，對(duì)公寓樓2進(jìn)行了性能化設(shè)計(jì)，并且在部分剪力墻內(nèi)增加了型鋼，導(dǎo)致了最終造價(jià)的提高，同時(shí)也給施工造成了困難。

2）為了滿(mǎn)足公寓住宅的戶(hù)型要求，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)在布置剪力墻的時(shí)候，y方向多片剪力墻不得不錯(cuò)開(kāi)布置，導(dǎo)致剪力墻無(wú)法通過(guò)連梁相連接，使得y方向的結(jié)構(gòu)剛度明顯偏弱，只能通過(guò)拉斜梁來(lái)提高剛度，有些位置只能使梁與剪力墻在平面外連接，這些措施在一定程度上也影響了建筑的美觀。建議建筑專(zhuān)業(yè)多考慮結(jié)構(gòu)布置的合理性，各專(zhuān)業(yè)應(yīng)緊密配合。合理而有效的結(jié)構(gòu)布置不僅可以使結(jié)構(gòu)更加安全，也可以有效地降低造價(jià)。

8 結(jié)語(yǔ)

公寓樓2的結(jié)構(gòu)體型雖存在不規(guī)則、高寬比超過(guò)規(guī)范限值等情況，但通過(guò)各種加強(qiáng)措施及性能化設(shè)計(jì)，除保證結(jié)構(gòu)在小震下完全處于彈性階段外，還補(bǔ)充了關(guān)鍵構(gòu)件在中、大震下的各項(xiàng)驗(yàn)算，且計(jì)算結(jié)果表明，多項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)得較為良好，能夠滿(mǎn)足規(guī)范的有關(guān)要求。同時(shí)在施工中采取了相應(yīng)的措施，并且在設(shè)計(jì)中也充分考慮了施工的便利性，設(shè)計(jì)與施工之間緊密配合，從而保證了施工質(zhì)量，確保了工程安全。