陳健鵬

（綠地控股集團(tuán)海南事業(yè)部，?？?70100）

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目的基地位于海口市龍華區(qū)。本區(qū)域以征收與改造為主，目標(biāo)是改善城中村、舊城區(qū)居民生活環(huán)境和居住品質(zhì)。本項(xiàng)目為純住宅33 層，建筑高度99 m，屬于高度超限項(xiàng)目，需進(jìn)行超限審查。項(xiàng)目效果圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 項(xiàng)目效果圖Fig.1 Project rendering

圖2 項(xiàng)目立面圖Fig.2 Project facade

項(xiàng)目塔樓結(jié)構(gòu)采用剪力墻抗側(cè)力體系，見圖3。

相關(guān)計(jì)算參數(shù)詳見表1。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖Fig.3 Standard floor structure flat

圖4 建筑效果圖Fig.4 Building rendering

圖5 計(jì)算模型Fig.5 Calculation model

表1 相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)Table 1 Related structure calculation parameters

1.2 性能目標(biāo)

中震時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)的構(gòu)件性能水準(zhǔn)見表2。

表2 中震應(yīng)實(shí)現(xiàn)的構(gòu)件性能水準(zhǔn)Table 2 The The performance level of components under morderate earthquake

2 中震拉應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)《超限審查技術(shù)要點(diǎn)》［1］第十二條（四）款規(guī)定:中震時(shí)出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件應(yīng)采用《高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程》［2］中規(guī)定的特一級構(gòu)造。中震時(shí)雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)宜設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，且平均名義拉應(yīng)力不宜超過兩倍混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用），全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時(shí)可按比例適當(dāng)放松［3］。進(jìn)行中震時(shí)雙向地震作用下剪力墻墻肢由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力驗(yàn)算。

為避免結(jié)構(gòu)在中震作用下出現(xiàn)較大拉力造成結(jié)構(gòu)的損傷和不可恢復(fù)的過大變形，對中震作用下墻肢平均拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，以滿足既定的抗震性能目標(biāo)［4］。采用PKPM 軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行中震不屈服計(jì)算，根據(jù)PKPM 計(jì)算結(jié)果，可以得出每片墻肢在地震作用下的拉力（壓力）及恒載和活載作用下的壓力，從而根據(jù)如下關(guān)系得出墻肢拉應(yīng)力和混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk的倍數(shù):

計(jì)算時(shí)拉力為正，壓力為負(fù)，并考慮地震沿兩個(gè)相反方向作用。考慮到剪力墻是整體抵抗地震作用的，所以完全按照SATWE的墻肢劃分是不盡合理的，應(yīng)按照相連剪力墻作為一個(gè)整體在各種工況下的拉力進(jìn)行驗(yàn)算；同時(shí)對于圍成筒體的墻肢也按一個(gè)整體計(jì)算各種工況下的拉力和相應(yīng)的拉應(yīng)力。

對于不滿足要求的墻肢，可配置型鋼暗柱。配置型鋼后，剪力墻用滿足拉應(yīng)力截面控制條件:

同時(shí)，按照《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》［1］，對于小偏拉構(gòu)件，當(dāng)拉應(yīng)力超過超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)宜設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，所以型鋼暗柱的截面面積在滿足截面控制條件的同時(shí)還需滿足:

3 直接彈性與動力彈塑性分析

3.1 直接彈性法

采用SATWE 軟件中的中震不屈服菜單進(jìn)行計(jì)算（表3）。

結(jié)果分析:

根據(jù)不同的性能水準(zhǔn)要求，并非要求所有的構(gòu)件均為不屈服或彈性，比如在某一性能水準(zhǔn)下，要求中震作用下豎向構(gòu)件、轉(zhuǎn)換構(gòu)件、懸挑和大跨部位構(gòu)件滿足不屈服或彈性，而水平構(gòu)件截面抗彎承載力可以小于不屈服設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)入延性屈服階段，或者說，在中震作用下，已經(jīng)有部分或很多水平構(gòu)件出現(xiàn)了塑性鉸，而這些鉸的存在會對結(jié)構(gòu)剛度、阻尼以及內(nèi)力的分配等產(chǎn)生影響。這時(shí)，如果采用上述計(jì)算方法，則未考慮到這些水平構(gòu)件進(jìn)入延性屈服階段的影響，因此計(jì)算是很不準(zhǔn)的，而且計(jì)算出來的內(nèi)力嚴(yán)重偏大，非常不合理。

表3 中震等效彈性計(jì)算方法參數(shù)取值Table 3 Equivalent elasticity value under moderate earthquake

圖6 第一層墻肢拉應(yīng)力倍數(shù)Fig.6 Level one wall limb tensile stress multiple

圖7 第一層墻肢型鋼配置圖Fig.7 Level one wall limb merchant steel position

圖8 型鋼截面圖Fig.8 Merchant steel section

3.2 動力彈塑性法

采用SAUSAGE 對本結(jié)構(gòu)進(jìn)行中震彈塑性分析，此處采用三條與規(guī)范譜十分吻合的三向人工波（圖9-圖11）響應(yīng)，提取設(shè)防地震作用下剪力墻名義拉應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，各墻肢拉應(yīng)力倍數(shù)見圖12，可以看出，在設(shè)防地震作用下，各墻肢拉應(yīng)力倍數(shù)均小于一倍的ftk，可不設(shè)置型鋼。

圖9 RH1TG055反應(yīng)譜Fig.9 RH1TG055 response spectrum

結(jié)果分析:

常規(guī)的小震彈性設(shè)計(jì)是按照疊加原理來的。把恒載、活載、風(fēng)、地震工況內(nèi)力計(jì)算完以后，各工況按照組合系數(shù)疊加。SAUSAGE 是實(shí)際地震波加載，采用雙向地震波輸入，主次三方向地震波峰值比為1∶0.85∶0.65。動力彈塑性非線性分析，混凝土出現(xiàn)損傷以后，其剛度會退化，內(nèi)力會減小。由于材料本構(gòu)關(guān)系已經(jīng)限定了材料的抗拉應(yīng)力是不可能超過ftk，但是混凝土退出工作，剪力墻抗拉強(qiáng)度僅剩鋼筋的強(qiáng)度，鋼筋還可以繼續(xù)受拉，所以軸向的拉力還可能增加。這種假設(shè)是符合結(jié)構(gòu)墻肢實(shí)際的受力情況的。

圖10 RH3TG055反應(yīng)譜Fig.10 RH3TG055 response spectrum

圖11 RH4TG055反應(yīng)譜Fig.11 RH4TG055 response spectrum

圖12 第一層墻肢拉應(yīng)力倍數(shù)Fig.12 The tensile stress multiple of the first floor wall limb

4 經(jīng)濟(jì)性對比

在保證建筑物安全性的前提下，對綠地?？诘貐^(qū)超限項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比。以周邊同類項(xiàng)目配置型鋼增加的成本為例:

表4 為采用傳統(tǒng)方法配置型鋼相關(guān)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，結(jié)合型鋼市場價(jià)格，每平方米節(jié)省結(jié)構(gòu)成本21.6 元。該項(xiàng)優(yōu)化涉及項(xiàng)目面積共計(jì)55 萬平方米，共計(jì)降低結(jié)構(gòu)成本1 233 萬元，并極大地減少了施工難度，加快了工程進(jìn)度。

表4 鋼筋含量測算Tab 4 Reinforcement content calculation

綜上，在高烈度區(qū)中震作用下用彈塑性方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在成本控制上也很具優(yōu)勢。

5 結(jié) 論

（1）全截面混凝土的名義拉應(yīng)力只表示混凝土構(gòu)件承受拉力的大小。而構(gòu)件的安全度、裂縫寬度的大小取決于鋼筋的應(yīng)力水平。

（2）混凝土受拉構(gòu)件的破壞始于鋼筋的屈服，破壞形態(tài)是典型的延性破壞，理論上不需要采用特一級構(gòu)造。

（3）中震作用下小偏心受拉構(gòu)件是否配型鋼是一個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)問題，可根據(jù)其具體受力情況由設(shè)計(jì)人確定。

本項(xiàng)目采用動力彈塑性方法，更符合結(jié)構(gòu)墻肢實(shí)際的受力情況，因此本工程在中震雙向地震作用下，全部墻肢不配置型鋼。