文/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司國(guó)住人居工程顧問(wèn)有限公司 劉長(zhǎng)松

新城控股集團(tuán)股份有限公司 藍(lán)繆輝

中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司國(guó)住人居工程顧問(wèn)有限公司 王海波 任樂(lè)明 武曉敏 楊春林

1 工程概況

江蘇省連云港市某住宅小區(qū)位于贛榆區(qū)，本項(xiàng)目其中1棟住宅樓采用模塊建筑體系建造，建筑面積約0.98萬(wàn)m2。地上結(jié)構(gòu)采用模塊-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，地下室采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)。建筑效果如圖1所示。

圖1 建筑效果

2 模塊建筑體系

2.1 模塊建筑體系概述

本項(xiàng)目采用威信模塊（module）建筑體系進(jìn)行設(shè)計(jì)與建造。模塊建筑體系是指由抗側(cè)力核心筒與多個(gè)預(yù)制集成建筑模塊在施工現(xiàn)場(chǎng)組合而成的建筑體系。該體系中的核心筒是模塊建筑體系的抗側(cè)力核心，承擔(dān)建筑地震及風(fēng)荷載作用下的全部水平荷載；預(yù)制集成建筑模塊是由鋼密柱墻體、混凝土樓板及吊頂、內(nèi)裝部品等在工廠共同組成的預(yù)制三維空間承重結(jié)構(gòu)單元，只承擔(dān)自身重力荷載。核心筒與預(yù)制集成建筑模塊之間及模塊與模塊之間通過(guò)可靠度非常高的連接件連接，能有效保證模塊建筑體系整體受力性能，且模塊建筑體系在設(shè)計(jì)時(shí)，將建筑物非核心筒部分劃分成若干個(gè)尺寸適宜運(yùn)輸?shù)娜我庑螤铑A(yù)制集成建筑模塊，建筑平面和立面設(shè)計(jì)基本不受模塊劃分限制，是一種裝配率較高的建筑體系。

2.2 預(yù)制集成建筑模塊工廠化加工

模塊建筑體系中預(yù)制集成建筑模塊是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程和嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系，在專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下，由熟練工人在模塊組裝工廠車(chē)間流水生產(chǎn)線上制作完成，制作加工精度高，是一種較徹底的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化建造技術(shù)產(chǎn)品。由于預(yù)制集成建筑模塊技術(shù)的使用，其廚房、衛(wèi)生間可標(biāo)準(zhǔn)化定級(jí)生產(chǎn)，管線系統(tǒng)高度標(biāo)準(zhǔn)化，室內(nèi)精裝修甚至清潔均可在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)只需完成模塊吊裝、連接、外墻裝飾及市政綠化施工，施工精度與質(zhì)量管理水平遠(yuǎn)高于我國(guó)目前的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

2.3 模塊建筑體系現(xiàn)場(chǎng)施工建造

模塊建筑體系現(xiàn)場(chǎng)施工建造與工廠預(yù)制集成建筑模塊加工生產(chǎn)可同步進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)先施工抗側(cè)力核心筒部分，待核心筒部分施工完成后進(jìn)行預(yù)制集成建筑模塊的吊裝與現(xiàn)場(chǎng)拼接工作，施工建造流程如圖2所示。

由于模塊建筑建造技術(shù)的運(yùn)用，模塊從起吊到安裝僅需少量技術(shù)工作人員，且每個(gè)模塊安裝由同一批技術(shù)人員完成，模塊建造施工現(xiàn)場(chǎng)所需工人數(shù)量較傳統(tǒng)施工大幅減少，施工建造質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。

3 結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)件布置

3.1 結(jié)構(gòu)體系

1）特殊性 本項(xiàng)目采用的是一種新型結(jié)構(gòu)體系：模塊-核心筒混合結(jié)構(gòu)。模塊與核心筒布置如圖3所示。模塊采用鋼密柱體系，主要承擔(dān)自身豎向荷載，承擔(dān)風(fēng)荷載及地震產(chǎn)生的水平作用很少；核心筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按承擔(dān)全部水平作用考慮，并承擔(dān)自重。模塊劃分較為靈活，每個(gè)模塊大小控制在5m×12m范圍內(nèi)，可滿(mǎn)足工廠制作、運(yùn)輸、吊裝的要求。

2）設(shè)計(jì)基本假定 計(jì)算核心筒時(shí)鋼柱按兩端鉸接模型考慮，核心筒承擔(dān)全部水平荷載，模塊只承擔(dān)自身豎向荷載。按照分塊彈性樓板和分塊剛性樓板分別進(jìn)行計(jì)算，其中層間位移按樓板分塊剛性計(jì)算（見(jiàn)圖4），其余參數(shù)按彈性樓板計(jì)算。模塊與核心筒之間通過(guò)連接件相連，釋放一端豎向位移，只傳遞水平剪力和拉壓力。

圖2 模塊建筑現(xiàn)場(chǎng)施工建造流程

圖3 模塊-核心筒結(jié)構(gòu)平面布置

圖4 分塊剛性樓板計(jì)算

3.2 抗側(cè)力核心筒布置

本項(xiàng)目抗側(cè)力筒體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5），整體平面布置采用雙筒布置。核心筒外墻內(nèi)設(shè)置鋼骨柱，承擔(dān)豎向拉力。核心筒外墻厚400mm，內(nèi)墻厚200mm，均采用C40混凝土。整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖6所示。

4 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析

結(jié)構(gòu)計(jì)算分析分別采用結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件ETABS（C16.1.0版）和YJK（V1.8.2.1）。

4.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

分析中包括足夠的振型，使建筑物質(zhì)量參與系數(shù)均大于90%，計(jì)算得到的前3階模態(tài)振動(dòng)周期如表1所示。扭轉(zhuǎn)為主的第一振型周期與平動(dòng)為主的第一振型周期之比：ETABS計(jì)算結(jié)果為0.779，YJK計(jì)算結(jié)果為0.786，基本滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.2 反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果

振型反應(yīng)譜方法采用CQC組合，結(jié)構(gòu)在多遇地震下位移、基底剪力如表2所示，由表2可知結(jié)構(gòu)變形、基底剪力等均可滿(mǎn)足要求。

4.3 彈性時(shí)程計(jì)算結(jié)果

分別采用3組地震加速度記錄作為彈性時(shí)程分析的地震波輸入，包括2條天然波TR1，TR2和1條人工波RG1，地震記錄的頻譜特性與場(chǎng)地特性一致，地震地面主分量峰值加速度采用35cm/s2，主、次向峰值加速度比值為1∶0.85，時(shí)程波與振型反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符（即平均地震影響系數(shù)在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要周期點(diǎn)上相差不大于20%）。

每條基底剪力均大于反應(yīng)譜法的65%，3組時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，滿(mǎn)足GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016版）第5.1.2條的規(guī)定。彈性時(shí)程分析的各樓層剪力平均值和反應(yīng)譜結(jié)果比較接近（見(jiàn)表3）。結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)取3條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。

圖5 鋼筋混凝土核心筒布置

圖6 整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

表1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

5 結(jié)構(gòu)重點(diǎn)部位與關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)理念及加強(qiáng)措施

5.1 鋼筋混凝土核心筒抵抗水平地震作用和風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的水平力

鋼筋混凝土核心筒按性能化設(shè)計(jì)，性能設(shè)計(jì)目標(biāo)如表4所示。由于核心筒承擔(dān)全部水平荷載，在水平荷載作用下核心筒墻肢出現(xiàn)較大拉力，設(shè)計(jì)中采用型鋼抵抗全部拉力。型鋼布置如圖7所示。

表2 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果

表3 反應(yīng)譜與時(shí)程計(jì)算結(jié)果對(duì)比

圖7 核心筒型鋼布置

表4 核心筒性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

5.2 模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取包絡(luò)設(shè)計(jì)原則，關(guān)鍵部位與構(gòu)件采取抗震性能設(shè)計(jì)

1）模塊鋼密柱采用兩端鉸接與一端固結(jié)一端鉸接模型包絡(luò)設(shè)計(jì)。采用一端固結(jié)一端鉸接模型計(jì)算時(shí)，按結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和框架部分計(jì)算最大樓層地震剪力1.5倍二者的較小值，對(duì)模塊鋼密柱框架部分的地震剪力與彎矩進(jìn)行調(diào)整。

2）模塊-鋼筋混凝土核心筒連接件及模塊間連接件采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，同時(shí)采用地震反應(yīng)譜與時(shí)程計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值設(shè)計(jì)，抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)為“小震彈性，中震彈性，大震不屈服”。

5.3 樓層平面不連續(xù)及局部凹進(jìn)部位樓板加強(qiáng)措施

1）增設(shè)模塊樓板水平連接鋼板及層間連接鋼板，模塊樓板水平連接處槽鋼采用加勁肋加強(qiáng)，并附加雙層通長(zhǎng)抗拉構(gòu)造鋼筋。

2）樓層平面局部凹進(jìn)部位外緣增設(shè)樓板，對(duì)應(yīng)模塊連接處樓板附加雙層通長(zhǎng)抗拉構(gòu)造鋼筋加強(qiáng)。

3）提高雙核心筒之間模塊樓板構(gòu)造配筋率，并采用雙層雙向配筋方式。

6 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用ETABS和YJK 2種計(jì)算程序?qū)Ρ竟こ淘诙嘤龅卣鹣碌慕Y(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示：2個(gè)程序計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)各指標(biāo)均相差很小，從而證明計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

1）本工程采用新型結(jié)構(gòu)體系，由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取較合理的結(jié)構(gòu)體系與布置，以及有效的抗震措施，使結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程要求。

2）2個(gè)程序的計(jì)算結(jié)果與變化規(guī)律基本一致，樓層剪力、層間位移、層間位移角、周期比、剪重比、有效質(zhì)量系數(shù)等均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3）模塊間、模塊與核心筒之間連接件等關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)及模塊鋼柱等關(guān)鍵構(gòu)件，通過(guò)采取建筑抗震性能化及包絡(luò)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，滿(mǎn)足預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

上述計(jì)算及設(shè)計(jì)措施表明：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本合理，具有合適的承載能力和變形能力，可滿(mǎn)足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)要求。