◎蔣勁松

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快及建筑技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)雜高層建筑不斷增多，極大滿足了人們對(duì)建筑的個(gè)性化造型和功能的需求。但與傳統(tǒng)高層建筑相比，復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，要求也更高，難度更大，需要考慮的因素更多。文章結(jié)合筆者設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、類型、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等進(jìn)行深入探討，供廣大設(shè)計(jì)同行參考。

一、工程概況

萬(wàn)科地鐵上東雅苑是長(zhǎng)沙軌道交通2號(hào)線黃興車輛段地鐵運(yùn)用庫(kù)的上蓋物業(yè)，功能為住宅，位于長(zhǎng)沙市長(zhǎng)沙縣黃興鎮(zhèn)，軌道交通2號(hào)線終點(diǎn)站光達(dá)站北側(cè)，地形平坦開(kāi)闊，蓋下部分為已完成并投入使用的地鐵2號(hào)線運(yùn)行庫(kù)，總建筑面積111304.5平方米。

3#塔為高層建筑，框支框架結(jié)構(gòu)，建筑高度48.15米，2層裙房，裙房以上11層，共13層，結(jié)構(gòu)最大平面尺寸為77.5m×80m，建筑面積約1.85萬(wàn)平米（三層及以上）。一層裙房為地鐵運(yùn)用庫(kù)，建筑高度9.0米，二層裙房為停車場(chǎng)、商業(yè)及設(shè)備用房，建筑高度4.9米。

二、結(jié)構(gòu)計(jì)算

3#塔抗震設(shè)防類別為一層：乙類，二層及以上：丙類，框架結(jié)構(gòu)，基本設(shè)防烈度為6度（0.05g），建筑高度為48.15m（n=13）。本工程在二層由單塔變成雙塔，在三層由雙塔變成四塔。

超限內(nèi)容為：

1.扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（偏心布置）。

2.剛度突變（尺寸突變）。

3.構(gòu)件間斷。

復(fù)雜高層和超高層建筑，須結(jié)合建筑平面布局，選擇相應(yīng)合適的結(jié)構(gòu)體系，控制結(jié)構(gòu)層間位移，確保建筑物抗側(cè)能力，以保證建筑物的安全性和穩(wěn)定性，本塔樓采用鋼筋混凝土框支框架結(jié)構(gòu)。

超限高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析包括彈性計(jì)算、彈塑性分析計(jì)算，根據(jù)需求選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

圖1三維立體模型

PKPM和JYK各項(xiàng)整體計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。兩者互相印證；可以滿足3#塔抗震性能目標(biāo)為C中：在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)整體達(dá)到第1抗震性能水準(zhǔn)要求。結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)震型與第一平動(dòng)周期的比值均小于規(guī)范允許值0.85，并無(wú)樓層承載力突變的情況，但結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不規(guī)則。彈性時(shí)程分析表明，振型分解法結(jié)果起主要控制作用。部分樓層時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果包絡(luò)值比CQC法計(jì)算結(jié)果偏大，配筋設(shè)計(jì)中需要對(duì)相應(yīng)樓層的剪力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，地震力放大到1.01倍，其地震剪力應(yīng)按照CQC法與時(shí)程剪力的包絡(luò)值之比值進(jìn)行調(diào)整。彈性計(jì)算結(jié)果表明，小震時(shí)達(dá)到抗震性能水準(zhǔn)1的性能要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正截面承載力及受剪承載力均滿足彈性設(shè)計(jì)要求。

三、罕遇地震超限分析——?jiǎng)恿椝苄詴r(shí)程分析及其結(jié)果

1.分析方法。彈塑性分析可分為靜態(tài)彈塑性分析和動(dòng)態(tài)彈塑性分析。本課題采用基于隱式積分的彈塑性動(dòng)力分析方法，具有完整的動(dòng)力時(shí)程特性。計(jì)算中直接輸入地震波，考慮了幾何非線性P-△效應(yīng)，并考慮了材料非線性，能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的破壞。

2.非線性地震反應(yīng)分析模型。模型單元包括混凝土梁和混凝土柱。這些單元通過(guò)公共節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，形成一個(gè)整體模型。采用剛性樓板假設(shè)，剛性樓板不包括彈性板和洞口邊緣的獨(dú)立柱節(jié)點(diǎn)。

在罕遇地震作用下，對(duì)本項(xiàng)目使用SAUSAGE動(dòng)力時(shí)程分析進(jìn)行彈塑性計(jì)算。本工程采用兩組自然波TH004TG040、TH078TG040和一組人工波RH4TG040，采用SAUSAGE軟件進(jìn)行罕遇地震計(jì)算分析。根據(jù)規(guī)范要求，罕遇地震彈塑性時(shí)程分析的地震加速度為125cm/s2。每組地震波分別在地震主方向的X方向和Y方向加載，主方向與該方向的峰值加速度比為1:0.85。

四、罕遇地震彈塑性時(shí)程分析結(jié)論

3#塔在大震下首層框架局部出現(xiàn)輕度損傷，可以滿足地鐵運(yùn)行庫(kù)的使用要求；二層轉(zhuǎn)換柱部分輕度損壞、轉(zhuǎn)換梁均為輕微損壞。

1.考慮二階效應(yīng)，3#塔在地震作用下最大頂位移為0.186m，最終仍能保持直立，滿足“不受大地震影響”的設(shè)防要求;

2.3#塔在各組地震波作用下的最大彈塑性層位移角為1/149，結(jié)構(gòu)無(wú)明顯薄弱層，滿足規(guī)范要求;

3.首層基本保持彈性狀態(tài)，保證地鐵運(yùn)行庫(kù)在大震中能夠繼續(xù)運(yùn)行使用，二層轉(zhuǎn)換梁及轉(zhuǎn)換柱等關(guān)鍵構(gòu)件處于輕度損壞，大震中不會(huì)對(duì)下部地鐵運(yùn)行庫(kù)的使用造成影響。

4.樓板無(wú)大面積破壞，均為輕微或輕度破壞，能保證在大地震下水平力的良好傳遞。

綜上所述，該結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，滿足抗震性能要求。

五、針對(duì)超限情況的措施

1.抗震等級(jí)：對(duì)鋼筋混凝土框支柱按二級(jí)抗震；三、四層柱截面適當(dāng)加大，抗震等級(jí)按二級(jí)考慮，五層及五層以上按三級(jí)抗震考慮。

2.軸壓比控制：框支柱軸壓比控制在0.60（一、二層）以內(nèi)；三、四層軸壓比控制在0.75以內(nèi)，五層及五層以上軸壓比控制在0.80以內(nèi)。

3.配筋率：一層框架柱最小配筋率按1.2%控制，邊柱及角柱按1.3%控制。二層框支柱配筋率不小于1.2%，其余柱配筋率不小于1.0%。三～六層柱截面和配筋適當(dāng)加強(qiáng)，比規(guī)范要求最小配筋率增加20%。所有框架柱在小震計(jì)算配筋結(jié)果的基礎(chǔ)上放大1.25倍，所有框架梁在小震計(jì)算配筋結(jié)果的基礎(chǔ)上放大1.15倍。

4.最小體積配箍率：一、二層柱箍筋體積配箍率不小于0.9%，全長(zhǎng)加密。三層以上角柱體積配箍率不小于0.8%，全長(zhǎng)加密。

5.框支轉(zhuǎn)換梁：框支轉(zhuǎn)換梁驗(yàn)算結(jié)果以SATWE模型結(jié)果在αmax=0.12,抗震等級(jí)為二級(jí)時(shí)不超筋為基準(zhǔn)，在αmax=0.17,不記抗震等級(jí)調(diào)整地震效應(yīng)的設(shè)計(jì)值復(fù)核，結(jié)合大震不屈服判斷進(jìn)行配筋修正。

七、結(jié)論

復(fù)雜高層建筑和超高層結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，在進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、抗風(fēng)和抗震的抗震性能、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系、軟件選擇和計(jì)算的準(zhǔn)確性以及結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型選擇等，同時(shí)還要選擇合適的施工技術(shù)及抗震性能優(yōu)良的施工材料，提升建筑物的穩(wěn)定性和安全性，促進(jìn)目前建筑行業(yè)進(jìn)步與發(fā)展。