陳 璐 杰

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

1 工程概況

上海某區(qū)大型商業(yè)地塊中新建單體，地上11層，1層、2層為商業(yè)，3層以上為辦公，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.5 m，地下3層。

本工程抗震設(shè)防類別為乙類，設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.10g，地震分組第二組，場(chǎng)地類別Ⅳ類，特征周期0.9 s。

2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程采用鉆孔灌注樁，基礎(chǔ)類型為樁+承臺(tái)+筏板基礎(chǔ)形式。

采用柱下集中布置抗壓(兼抗拔)樁，樁徑為700～850，高層塔樓范圍內(nèi)采用φ850樁，樁端進(jìn)入⑦層粉砂層，有效樁長(zhǎng)約為45 m。φ850樁估算抗壓承載力設(shè)計(jì)值Rd=3 350 kN，抗拔承載力設(shè)計(jì)值Rtd=2 150 kN。純地下室區(qū)域采用φ700樁，樁端進(jìn)入⑤3-2層灰色粘質(zhì)粉土層，有效樁長(zhǎng)約為40 m，抗壓承載力設(shè)計(jì)值Rd=2 150 kN，抗撥承載力設(shè)計(jì)值Rtd=1 450 kN。高層塔樓核心筒范圍以內(nèi)，基礎(chǔ)底板厚度1 700 mm，其余地下室范圍區(qū)域厚度900 mm。

核心筒下最大沉降量約25 mm，柱下沉降量約為11 mm，相鄰柱最大沉降差小于2‰，滿足規(guī)范要求[1]。

3 結(jié)構(gòu)布置

單體總高度為49.35 m，地上11層，地下3層，平面尺寸59.6 m×35.8 m。采用鋼框架—混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，主樓嵌固層位于地下室頂板，主體結(jié)構(gòu)體系見圖1。

由于建筑功能和效果的需要，在2層樓面上有大開洞，根據(jù)建筑平面及立面效果要求，整棟樓呈扭轉(zhuǎn)向上態(tài)勢(shì)，通過調(diào)整各個(gè)外框鋼立柱傾斜角度和方向?qū)崿F(xiàn)。

結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

4 不規(guī)則情況及主要應(yīng)對(duì)措施

項(xiàng)目經(jīng)初步計(jì)算后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在如下不規(guī)則項(xiàng)，主要有：1)二層樓板大開洞，局部有效寬度小于典型寬度的43%；2)考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2；3)斜柱和躍層柱，工程屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)[2]。

針對(duì)結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)，采取以下措施：

1)通過兩種不同的程序，采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響，進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，盡量使得各層剛心和質(zhì)心重合或靠近。

2)在開大洞樓層處，按考慮樓板變形影響的彈性板計(jì)算方法，對(duì)樓板進(jìn)行有限元分析；適當(dāng)加厚洞口周邊或凸出部分連接處樓板厚度及配筋，在洞口角部集中配置斜向鋼筋。

3)對(duì)局部躍層柱在構(gòu)造上確保躍層柱受力的連續(xù)性，復(fù)核躍層柱的計(jì)算長(zhǎng)度，并保證躍層柱中震彈性。

4)斜柱及頂層和底層與斜柱相連梁抗震等級(jí)提高一級(jí)，并保證斜柱中震彈性設(shè)計(jì)。

5)斜柱處樓板進(jìn)行應(yīng)力分析，加強(qiáng)樓板配筋，有效傳遞斜柱產(chǎn)生的水平分力。

6)進(jìn)行彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算。

5 結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

5.1 小震彈性分析和中震驗(yàn)算

分別采用YJK(1.9.1.0)和Midas building(2017V2.0)兩個(gè)空間分析程序按相同假定進(jìn)行分析計(jì)算。分析時(shí)，考慮偶然偏心的影響，采用剛性樓板假定，阻尼比4%，周期折減系數(shù)0.85。主要結(jié)果如表1所示。

由表可見：1)前3階模態(tài)的振動(dòng)周期和模態(tài)如表1所示，兩個(gè)程序的計(jì)算結(jié)果比較接近，周期比小于0.9，振型參與有效質(zhì)量比值均大于98%；2)層間位移角小于1/800，扭轉(zhuǎn)位移比小于1.4；3)抗側(cè)剛度比值最小1.44；4)各層受剪承載力比值最小為0.99；5)兩種程序計(jì)算結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)基本一致，分析結(jié)果可靠。

5.2 彈性時(shí)程分析

根據(jù)規(guī)范[3]的規(guī)定，選用兩組天然波和一組人工波來模擬加速度時(shí)程曲線，對(duì)本工程進(jìn)行彈性時(shí)程分析。在地震加速度時(shí)程曲線的選擇時(shí)，主要考慮所選擇的曲線滿足本工程場(chǎng)地地震動(dòng)的頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間三要素的要求。選用Ⅳ類場(chǎng)地上的兩條實(shí)測(cè)地震波P1—Landers_NO_850,Tg(0.90)，P2—(SHW7_NGA_2723CHICHI04.CHY059,Tg(0.9))，以及一條人工地震波P3—SHW2_AW-NGA_760LOMAP.MEN,Tg(0.9)，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 兩個(gè)軟件主要計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表2 彈性時(shí)程分析與CQC結(jié)果對(duì)比

三組時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線滿足規(guī)范要求的前提下，時(shí)程法計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果基本吻合，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的底部剪力大于陣型分析反應(yīng)譜法的75%，平均值大于80%，滿足規(guī)范要求；此外時(shí)程分析方法顯示結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征(位移角等)與前述振型分解反應(yīng)譜法分析基本一致，可以取時(shí)程分析法的包絡(luò)值和反應(yīng)普法的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.3 靜力彈塑性分析

為實(shí)現(xiàn)大震不倒的設(shè)防目標(biāo)，采用EPDA&PUSH程序計(jì)算時(shí)，采用倒三角和等加速度加載方式，分別沿結(jié)構(gòu)X向和Y向進(jìn)行計(jì)算、分析，將大震層間位移角控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)。

X向和Y向在性能點(diǎn)時(shí)的塑性鉸分布圖如圖2，圖3所示。

在PUSHOVER分析中，塑性鉸首次分別出現(xiàn)在了局部樓層的連梁梁端，繼而各層連梁梁端出現(xiàn)塑性鉸的范圍逐漸擴(kuò)大，當(dāng)達(dá)到性能點(diǎn)時(shí)，塑性鉸在各層的連梁梁端已經(jīng)有了很大范圍的分布，連梁塑性發(fā)展較充分，體現(xiàn)了較好的耗能能力，局部框架梁也出現(xiàn)了塑性鉸。雖然塑性鉸分布范圍較多，但是均出現(xiàn)在梁端，此后隨著加載的繼續(xù)進(jìn)行，框架梁端的塑性鉸大量增多，最終在底層柱端出現(xiàn)塑性鉸后結(jié)構(gòu)到達(dá)目標(biāo)位移，推覆結(jié)束。性能點(diǎn)時(shí)剪力墻的損傷分布如圖所示，從整體上看混凝土剪力墻部分處于開裂狀態(tài)，小部分底部墻體破壞，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂而未進(jìn)入屈服狀態(tài)，大部分損傷出現(xiàn)在剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)，符合剪力墻作為第一道抗震防線先出現(xiàn)破壞的特征，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)較好的抗震能力。

計(jì)算結(jié)果和分析表明：1)在X向罕遇地震作用下，層間位移角為1/310，小于1/100；在Y向罕遇地震作用下，層間位移角為1/326，小于1/100；2)在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移較小，仍具有較好的剛度，且具有足夠的塑性變形能力，在性能點(diǎn)時(shí)仍然具有一定的承載能力及延性，達(dá)到大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)；3)整個(gè)結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展和損傷機(jī)制較為合理，破壞順序體現(xiàn)結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)柱弱梁，剪力墻作為第一道防線的要求。

5.4 樓板應(yīng)力分析

采用盈建科軟件進(jìn)行樓板應(yīng)力分析，采用彈性模假定。典型樓板應(yīng)力如圖4所示。

5.5 斜柱與躍層柱相關(guān)承載力分析

單體全樓斜柱，斜柱最大斜率1∶7，作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，構(gòu)件需進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。對(duì)斜柱進(jìn)行中震彈性計(jì)算，控制斜柱的應(yīng)力比，計(jì)算結(jié)果表明，斜柱在中震彈性地震作用下應(yīng)力比最大為0.95，結(jié)構(gòu)安全。

部分梁屬于壓彎構(gòu)件，需要對(duì)梁穩(wěn)定性進(jìn)行分析。根據(jù)多遇地震樓板厚度為0的梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，選取斜柱斜率最大處的梁，進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，結(jié)果表明，鋼梁的強(qiáng)度及整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

選取內(nèi)力最大的梁，對(duì)強(qiáng)度和平面內(nèi)外穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 鋼梁應(yīng)力計(jì)算

可見，即使在樓板開裂不起作用的情況下，框架梁強(qiáng)度和穩(wěn)定性仍足夠安全。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程屬于特別不規(guī)則高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中根據(jù)重要性及不規(guī)則程度對(duì)不同構(gòu)件選擇相對(duì)應(yīng)的合理的抗震性能目標(biāo)，通過兩個(gè)程序計(jì)算比對(duì)，用彈性時(shí)程分析補(bǔ)充驗(yàn)算，且用靜力推覆分析結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的性能表現(xiàn)，對(duì)薄弱部位做了相應(yīng)加強(qiáng)處理，結(jié)構(gòu)整體上具有良好的抗震性能，能滿足規(guī)范的各項(xiàng)指標(biāo)。