謝鴻文

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 工程概況

某商住綜合體位于抗震設(shè)防烈度7 度區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.1g，1～5 棟住宅塔樓共42 層（主屋面結(jié)構(gòu)高度138.5m），構(gòu)架層共1 層（結(jié)構(gòu)高度144.2m），轉(zhuǎn)換層位于第4 層（根據(jù)《高規(guī)》中“部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)在地面以上設(shè)置轉(zhuǎn)換層的位置7 度時(shí)不宜超過(guò)5 層”規(guī)定，不屬于高位轉(zhuǎn)換），本項(xiàng)目塔樓屬于超B 級(jí)高度的超限高層建筑，建筑效果如圖1 所示。

圖1 建筑效果

2 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系布置

核心筒為鋼筋混凝土剪力墻，框支柱主要為型鋼混凝土柱，框支梁為型鋼混凝土梁，樓蓋為鋼筋混凝土樓蓋。重力荷載通過(guò)樓面水平構(gòu)件傳遞給剪力墻和框支柱，最終傳遞至基礎(chǔ)，水平荷載產(chǎn)生的剪力和傾覆彎矩由框支柱與剪力墻共同承擔(dān)[1]，模型三維如圖2 所示。

3 抗震等級(jí)及性能要求

圖2 模型三維

根據(jù)《高規(guī)》要求，底部帶轉(zhuǎn)換的高層建筑結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)區(qū)取至轉(zhuǎn)換層以上兩層（第6 層），對(duì)于本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層位置位于4 層，剪力墻底部加強(qiáng)部位抗震等級(jí)按規(guī)范提高一級(jí)為特一級(jí)，B 級(jí)高度框支框架已為特一級(jí)，可不提高。非底部加強(qiáng)區(qū)墻、柱、梁抗震等級(jí)為一級(jí)。本工程結(jié)構(gòu)以“三個(gè)水準(zhǔn)”為抗震類設(shè)防目標(biāo)，選定結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)C 級(jí)，即多遇地震按第1 性能水準(zhǔn)，設(shè)防烈度地震按第3 性能水準(zhǔn)，罕遇地震按第4 性能水準(zhǔn)[2]。

4 特一級(jí)框支柱、框支梁計(jì)算要求

框支柱采用型鋼混凝土柱，框支梁采用型鋼混凝土梁。在小震計(jì)算時(shí)需滿足彈性要求，且計(jì)算時(shí)，框支柱、底層柱下端及轉(zhuǎn)換層相連的柱上端的彎矩增大系數(shù)ηc=1.8，柱端剪力增大系數(shù)ηcv=1.68，地震作用產(chǎn)生的柱軸力增大1.8 倍。對(duì)于角柱應(yīng)該按上述增大后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值再行放大1.1 倍。轉(zhuǎn)換層框支柱承受剪力之和應(yīng)不小于結(jié)構(gòu)基底剪力的30%，框支柱彎矩應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，框支梁剪力、彎矩可不調(diào)整；中震計(jì)算時(shí)滿足：SGEK+1.05×，其中為中震作用標(biāo)準(zhǔn)值，剪、壓計(jì)算時(shí)承載力利用系數(shù)ξ=0.74，拉、彎計(jì)算時(shí)ξ=0.87；大震受剪截面計(jì)算時(shí)滿足：，其中為大震作用的構(gòu)件剪力標(biāo)準(zhǔn)值[3]。

5 轉(zhuǎn)換層樓板計(jì)算要求

轉(zhuǎn)換層（第5 層）樓面板厚取值180mm，配筋為HRB400（Ⅲ級(jí)鋼筋）14@150（配筋率5.7%）雙層雙向拉通。通過(guò)采用殼單元模擬該層樓板，了解框支轉(zhuǎn)換層在不同工況作用下的樓板截面剪應(yīng)力情況。根據(jù)《高層》第10.2.24 條，樓板剪應(yīng)力應(yīng)滿足Vf≤通過(guò)計(jì)算后樓板的剪應(yīng)力控制上下限位定為[-3.25MPa，3.25MPa]。從各剪應(yīng)力云圖可知，大部分區(qū)域應(yīng)力在控制范圍內(nèi)，應(yīng)力較大的區(qū)域主要集中在核心筒的角部、核心筒內(nèi)剪力墻端部、轉(zhuǎn)換柱周邊以及轉(zhuǎn)換梁的交接部位，需通過(guò)有限元配筋計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋補(bǔ)強(qiáng)[1]。

表1 基底最大總剪力及最大層間位移角

6 時(shí)程分析

根據(jù)《高層》規(guī)定，需采用彈性時(shí)程分析程序?qū)ㄖ镌诙嘤龅卣鹱饔眠M(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算。輸入地震波為兩組實(shí)際地震記錄和一條場(chǎng)地合成人工波進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。進(jìn)行彈性動(dòng)力分析時(shí)按7 度地震Ⅲ類土，50 年時(shí)限內(nèi)超越概率為63.2%（小震），阻尼比為0.05 考慮，如表1 所示。

（1）時(shí)程分析結(jié)果滿足底部剪力包絡(luò)值不小于CQC 法計(jì)算結(jié)果的80%，每條地震波底部剪力不小于CQC 法計(jì)算結(jié)果的65%的條件。

（2）多組時(shí)程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%。

（3）塔樓位移曲線以彎曲型為主，位移曲線光滑無(wú)突變，反映結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較為均勻。

7 大震PUSH-OVER 分析（EPDA&PUSH）

靜力推覆分析分析可以通過(guò)施加逐步增大的水平力來(lái)模擬水平地震的作用，水平力的施加采用三角荷載模式。在材料非線性和幾何非線性的計(jì)算中，隨著推覆力的增加，結(jié)構(gòu)各部分從彈性階段逐漸發(fā)展到塑性階段，然后部分結(jié)構(gòu)破壞，直到整體結(jié)構(gòu)的倒塌。從中可以了解整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力特性以及各個(gè)構(gòu)件的破壞機(jī)制，如圖3 所示。

圖3 0 度、90 度方向轉(zhuǎn)換層性能點(diǎn)處塑性鉸分布

分析可知，轉(zhuǎn)換層剪力墻連梁剛度明顯退化，個(gè)別剪力墻進(jìn)入塑性，塑性程度較淺，框支柱、框支梁未出現(xiàn)塑性鉸，均處與彈性階段，滿足性能水準(zhǔn)要求。

8 轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)

框支柱箍筋應(yīng)沿柱全高加密，柱最小配箍率特征值λV 應(yīng)按規(guī)范要求值再增大0.03，且箍筋體積配箍率不小于1.6%，全部縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于1.6%，框支柱在上部剪力墻范圍內(nèi)的縱筋應(yīng)伸入上部剪力墻體內(nèi)一層，其余從柱邊計(jì)起，錨入轉(zhuǎn)換梁內(nèi)或板內(nèi)LaE[4]。

框支梁縱向鋼筋最小配筋率不小于0.6%，箍筋最小面積配筋率滿足特一級(jí)要求1.3ft/fyv。偏心受拉的轉(zhuǎn)換梁支座上部鋼筋應(yīng)有50%沿梁全長(zhǎng)貫通，下部鋼筋全部直通錨入柱內(nèi)。轉(zhuǎn)換梁鋼筋第一排縱向鋼筋應(yīng)向柱內(nèi)彎折錨固，且應(yīng)延伸過(guò)梁底LaE，轉(zhuǎn)換梁縱向鋼筋同一連接區(qū)段的接頭率不宜超過(guò)50%。

9 結(jié)論

塔樓本身為存在凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向構(gòu)件不連續(xù)四項(xiàng)超限的超高層建筑，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)定抗震性能化目標(biāo)，并在抗震設(shè)計(jì)中，采用多種程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性、彈塑性計(jì)算分析，除保證轉(zhuǎn)換構(gòu)件在小震下完全處于彈性階段外，還補(bǔ)充了關(guān)鍵構(gòu)件在中震和大震下的驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果表明，多項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)良好，塔樓各構(gòu)件除能滿足豎向荷載和風(fēng)荷載作用下的有關(guān)指標(biāo)外，亦能實(shí)現(xiàn)設(shè)定的整體抗震性能目標(biāo)——達(dá)到C級(jí)抗震性能目。