王 康

(廈門合立道工程設(shè)計集團股份有限公司 福建廈門 361009 )

1 工程概況

該工程地處河南省洛陽市新區(qū)行政廣場南側(cè)，地上部分由兩棟166m(屋架高度180m)左右超高層建筑及5層附屬裙房建筑組成，地上總建筑面積約為13.8萬m2；地下部分為分布于主樓及裙房下方兩～三層地下室，地下總建筑面積約5.89萬m2。其中國際酒店，下文簡稱“西樓”地上建筑面積7.7萬m2，地下建筑面積3.5萬m2。西樓主體地上為35層商業(yè)及酒店，主體結(jié)構(gòu)高度(計算至主屋面)為165.95m(屋架高度180m)，地下室3層。上部建筑標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6m，底層層高6.0m，底部商業(yè)層高為5.2m、6.0m，頂部8層產(chǎn)權(quán)式酒店層高為6.9m；地下室層高4.2m、5.5m。本棟樓高寬比5.20, 長寬比1.97；建筑效果圖見圖1，剖面圖、主要建筑平面圖如圖2～圖4所示。

鑒于地上兩棟超高層的相似性，本文選取西樓進行介紹。

圖1 效果圖 圖2 剖面圖

圖3 建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面1(下部)

圖4 建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面2(上部)

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)

(1)該工程按國家及河南省頒布的現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、規(guī)程進行設(shè)計。

(2)由建設(shè)單位提供的地質(zhì)勘查報告及場地地震安全性評估報告。

3 結(jié)構(gòu)材料

(1)混凝土，主體采用的混凝土強度等級為C35～C60。

(2)鋼筋，受力鋼筋、箍筋均采用HRB400(fy=360N/mm2)；構(gòu)造、分布鋼筋均采用HPB300(fy=270N/mm2)。

(3)鋼材和焊條，主要受力構(gòu)件采用Q345B鋼材(鋼材性能需符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定)；施工所用的焊條、焊絲、焊劑等均符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

4 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

結(jié)合建筑功能布局要求，該棟建筑采用了框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪力墻、框架的抗震等級均為一級，其中在建筑第5、7、27層剛度或?qū)痈咄蛔儤菍?，剪力墻、框架的抗震?gòu)造措施為特一級[1]。

主體框架柱采用內(nèi)設(shè)十字鋼骨的型鋼混凝土柱，框架柱截面由下至上為1300×1300～1100×1100；主要剪力墻截面由下至上為700～500；框架梁采用普通混凝土矩形截面，其截面為500×700～700×800，樓(屋)面采用普通混凝土樓板，厚度為120～150。

小震下采用規(guī)范值與“安評報告”反應(yīng)的較大者進行計算分析[1]，該工程安評報告大于規(guī)范值，結(jié)構(gòu)阻尼比取4%，結(jié)構(gòu)計算以地下室頂板為嵌固部位，并將地下室?guī)胝w模型進行計算分析。

典型標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置如圖5～圖6所示。

圖5 典型標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖1(下部)

圖6 典型標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖2(上部)

5 超限類型和程度

依據(jù)建設(shè)部《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》(建質(zhì)〔2010〕109號)[2]，該棟建筑超限類型為高度超限(超B級高度)。

其余不規(guī)則類型分別為：

(1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，規(guī)定水平力下考慮偶然偏心時裙房層以上樓層最大層間位移與平均層間位移比值為1.29。

(2)側(cè)向剛度不規(guī)則，建筑第4～6層側(cè)向剛度小于相鄰上層側(cè)向剛度的70%及上部上層剛度平均值的80%。

6 針對超限情況進行分析驗算和采取的加強措施[1-2]

(1)采用彈性時程分析方法進行多遇地震的補充計算(選取安評報告所提供的參數(shù))；

(2)采用PUSH—OVER靜力彈塑性分析方法補充結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的變形反應(yīng)；

(3)分別采用SATWE、PMSAP、MIDAS進行結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力、位移的計算分析并比對；

(4)設(shè)定該棟建筑的性能目標(biāo)為C級；

(5)合理選擇豎向構(gòu)件斷面及柱內(nèi)鋼骨尺寸，避免出現(xiàn)明顯薄弱層；

(6)合理調(diào)整側(cè)向構(gòu)件布置使之均勻?qū)ΨQ，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；

(7)針對樓層局部開大洞情況，加強其相鄰范圍的樓板設(shè)計。

7 抗震設(shè)計參數(shù)及性能目標(biāo)

針對該工程高度超B級限值較多的特點，對結(jié)構(gòu)進行計算和分析時，嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范或高于現(xiàn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，采用基于性能的抗震設(shè)計方法，以量化分析手段，使結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)建筑抗震設(shè)防目標(biāo)[3]。

按現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)資料，抗震設(shè)計采用的相關(guān)參數(shù)詳見表1。

表1 主要參數(shù)

基于性能的抗震設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一個重要發(fā)展，它使抗震設(shè)計從宏觀性的目標(biāo)向具體量化的多重目標(biāo)過度，設(shè)計者可選擇所需的性能目標(biāo)。該工程的抗震性能目標(biāo)見表2[1]。

表2 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

8 結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

(1)小震及風(fēng)載作用下：本棟建筑采用SATWE，PMSAP，MIDAS三種不同力學(xué)模型的有限元程序進行整體彈性計算分析，各項分析結(jié)果見表3～表6(小震作用采用安評報告提供地震波曲線)。

(2)同時采用中震和大震作用對相應(yīng)性能目標(biāo)要求進行驗算復(fù)核，結(jié)果顯示本棟建筑性能目標(biāo)均能達(dá)到既定目標(biāo)。

表3 主樓結(jié)構(gòu)分析主要結(jié)果對比

表4 主樓SATWE分析結(jié)構(gòu)位移主要結(jié)果

表5 主樓PMSAP分析結(jié)構(gòu)位移主要結(jié)果

表6 主樓MIDAS分析結(jié)構(gòu)位移主要結(jié)果

9 該工程特性及處理方案

(1)該工程高度超過150m且基本自振周期大于4S，采用彈塑時程分析法補充計算：結(jié)構(gòu)在完成40s動力時程分析后，最終仍保持直立，滿足“大震不倒”設(shè)防目標(biāo)；結(jié)構(gòu)主體最大層間位移角1/161，小于規(guī)范限值1/100，且有害位移角數(shù)值較小。

(2)該工程高度超過B級且存在局部規(guī)則性不夠和周期比、位移比接近限值，對關(guān)鍵部位構(gòu)件進行加強，并按特一級考慮抗震構(gòu)造，如底部加強區(qū)剪力墻(含短肢剪力墻)、框架柱。

(3)補充屈服狀態(tài)評價：根據(jù)EPDA分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下表現(xiàn)出明顯的非線性特征，其特征大致顯示為以下兩種形式：

①情況1：某些地震波作用下在地震初期，剪力墻底部及建筑27層側(cè)向剛度突變樓層附近剪力墻首先開裂，繼而墻面更多部位開裂，一些連梁及框架水平構(gòu)件也開始開裂。隨著地面運動的加劇，剪力墻連梁的個別部位開始屈服，不久后框架的部分水平構(gòu)件也出現(xiàn)屈服。在結(jié)構(gòu)達(dá)到峰值位移左右，剪力墻連梁及框架的水平構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，個別位置底部剪力墻端柱破壞比較嚴(yán)重(設(shè)計時，在該部位端柱內(nèi)設(shè)置鋼骨，以提高其承載力及延性)；

②情況2：某些地震波作用下在地震初期，一些連梁及框架水平構(gòu)件開始開裂，剪力墻連梁的個別部位開始屈服，不久后框架的部分水平構(gòu)件也出現(xiàn)屈服。隨著地面運動的加劇，剪力墻底部及建筑第27層側(cè)向剛度突變樓層附近剪力墻首先開裂，繼而墻面更多部位開裂，在結(jié)構(gòu)達(dá)到峰值位移左右，剪力墻連梁及框架的水平構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，個別位置底部剪力墻端柱破壞比較嚴(yán)重。

針對此種分析結(jié)果，設(shè)計時在這些關(guān)鍵部位的墻體端柱內(nèi)設(shè)置鋼骨，以提高其承載力及延性。

(4)補充分析并提供抗震性能設(shè)計中、大震作用下相關(guān)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算分析，保證其在中、大震作用下的性能目標(biāo)。

(5)進一步對結(jié)構(gòu)局部規(guī)則性(如大開洞、穿層柱豎向轉(zhuǎn)換、較大懸挑等)補充認(rèn)定，并按規(guī)范規(guī)定采用有針對性特別加強措施。

①對大開洞周邊樓板進行加厚，設(shè)置雙層雙向鋼筋網(wǎng)片，提高配筋率，并采用彈性樓板加設(shè)進行計算分析；

②局部穿層柱，摘取其正常工況及中震作用下的軸力和彎矩，進行壓彎性能復(fù)核，保證其實際受力在性能曲線以內(nèi)，并對穿層范圍配筋的整體性提出要求；

③對于較大懸挑構(gòu)件，考慮豎向地震組合，并嚴(yán)格控制其變形值；

(6)該工程周期比(T/T1≤0.85)接近或超過限值時，適當(dāng)調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置，增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

10 工程現(xiàn)狀

截稿時，該工程已經(jīng)竣工驗收，內(nèi)部裝修均已經(jīng)到位，根據(jù)現(xiàn)場各階段觀測記錄，目前主樓基礎(chǔ)沉降變形最大值在19mm以內(nèi)，各部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀及相關(guān)檢測數(shù)據(jù)均復(fù)合要求。建筑主體已施工、裝修完畢，社會、經(jīng)濟效果良好。

11 結(jié)語

(1)對于超過B級高度的超限項目，應(yīng)與建筑專業(yè)協(xié)商，盡可能控制其其余項次的超限數(shù)量及超限程度，結(jié)構(gòu)設(shè)計師需綜合應(yīng)用各種結(jié)構(gòu)設(shè)計分析手段，采用合理的假定進行對比分析，使結(jié)構(gòu)方案合理。

(2)當(dāng)結(jié)果指標(biāo)顯示異常時，盡量使用不同力學(xué)模型的計算軟件進行對比分析，找出出現(xiàn)異常的原因，并進行針對性的處理。

(3)采用合理的性能化設(shè)計目標(biāo)，并對由不同分析手段得到的關(guān)鍵薄弱構(gòu)件進行針對性加強，使得結(jié)構(gòu)體系能夠達(dá)到預(yù)定的性能化目標(biāo)。

本文通過對西樓的設(shè)計梳理、總結(jié)，可為類似的超過B級高度的超限項目超限設(shè)計提供明確思路及相應(yīng)措施參考。