武娜，楊博，聶婷

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京100013）

1 工程概況

該項目位于福建省，總建筑面積8.363×104m2。項目主要使用功能為酒店、辦公、車庫等。結(jié)構(gòu)主屋面高度140.8 m，地上34 層，地下2 層。本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 年，結(jié)構(gòu)的安全等級為二級。該工程場地的地震基本烈度為7 度，設(shè)計抗震加速度為0.15g，設(shè)計地震分組為第二組，場地特征周期值為0.40 s，建筑場地類別為Ⅱ類。結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓取50 年一遇的風(fēng)壓W0=0.80 kN/m2，結(jié)構(gòu)承載力計算時按照基本風(fēng)壓的

1.1 倍采用。地面粗糙度類別為A 類。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程根據(jù)結(jié)構(gòu)布置等情況，結(jié)合地勘報告數(shù)據(jù)，塔樓采用樁基礎(chǔ)，裙房采用筏板基礎(chǔ)。地下室采用鋼筋混凝土防水底板結(jié)合鋼筋混凝土防水外墻的方案，底板采用平板式，底層樓板采用梁板式樓蓋，樓板厚度為180mm。主體結(jié)構(gòu)高度140.8m，地上34 層，結(jié)構(gòu)類型為框架-核心筒結(jié)構(gòu)。樓蓋采用鋼筋混凝土梁、板體系，其中，酒店標(biāo)準(zhǔn)層采用無梁空心樓板，樓板內(nèi)填充多孔輕質(zhì)材料?？蚣芗凹袅拐鸬燃墳橐患墶?/p>

3 超限分析及相應(yīng)措施

3.1 超限情況分析

本工程結(jié)構(gòu)總高度為140.8 m，大于A 級最大適用高度。首層夾層和32 層夾層局部無樓板，開洞面積大于改層樓面面積的30%。

以上2 項超限。

3.2 超限措施

超限措施包括以下幾項：

1）底部加強區(qū)及其上一樓層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，在軸壓比大于0.3 的樓層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；

2）底部加強區(qū)剪力墻中震拉應(yīng)力較大的墻肢及大震剪力較大的墻肢處設(shè)置型鋼，以提高剪力墻的承載力及延性；

3）由于辦公層部分次梁搭在筒體連梁上，連梁中設(shè)置型鋼，連梁兩側(cè)墻體加設(shè)型鋼。

4 性能化設(shè)計

本項目的性能優(yōu)化設(shè)計包括以下內(nèi)容：

1）小震作用下，結(jié)構(gòu)滿足彈性設(shè)計要求，根據(jù)構(gòu)件抗震構(gòu)造措施等級要求，采用荷載作用設(shè)計值、材料強度設(shè)計值和抗震承載力調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行小震階段設(shè)計[1]。

2）中震作用下，剪力墻和框架柱進(jìn)行中震彈性及中震不屈服設(shè)計，以滿足性能化設(shè)計要求。

3）底部加強區(qū)墻體，進(jìn)行中震作用下拉應(yīng)力驗算。部分墻肢在中震組合工況作用下出現(xiàn)拉應(yīng)力，部分墻肢拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，但未超2 倍混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值。對于拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的墻肢設(shè)置型鋼，為安全起見，拉應(yīng)力全部由設(shè)置的型鋼承擔(dān)。經(jīng)驗算，到第9 層，在中震組合下主要墻肢拉應(yīng)力已經(jīng)很小，為了增加結(jié)構(gòu)延性，將墻肢里的型鋼延伸到最高的辦公標(biāo)準(zhǔn)層16 層。

4）豎向構(gòu)件中震設(shè)計。對于約束邊緣構(gòu)件（6 層及以下），按照中震彈性計算結(jié)果進(jìn)行抗剪設(shè)計，按照中震不屈服結(jié)果進(jìn)行抗彎設(shè)計，7 層及以上按照中震不屈服計算結(jié)果設(shè)計。

5 結(jié)構(gòu)彈性計算分析

5.1 計算分析內(nèi)容

首先，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)小震彈性靜力分析（振型分解反應(yīng)譜法），該過程中，采用2 套獨立的程序（YJK 和ETABS）進(jìn)行計算分析并對比其結(jié)果，確保整體結(jié)構(gòu)的各項指標(biāo)滿足規(guī)范對本工程結(jié)構(gòu)的要求；其次，整體結(jié)構(gòu)采用YJK 程序進(jìn)行小震彈性時程分析。

5.2 整體小震彈性分析

整體結(jié)構(gòu)計算采用YJK、ETABS 2 種計算程序，結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)核采用YJK 計算結(jié)果。對比結(jié)果如表1~表5 所示?？梢钥闯觯? 種軟件計算結(jié)果基本一致，結(jié)構(gòu)的剪重比、最大層間位移角及位移比等整體指標(biāo)均滿足規(guī)范要求[2]。

表1 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量對比t

表2 結(jié)構(gòu)自振周期對比

表3 地震作用下最大位移比（剛性樓板假定）

表5 層間位移角對比

5.3 彈性時程分析結(jié)果

采用YJK 程序進(jìn)行彈性時程分析，根據(jù)規(guī)范對時程分析地震波要求，選取3 條地震波（1 條人工波，2 條天然波），分別從X 向、Y 向進(jìn)行輸入。X 向、Y 向各3 條波中每一條的基底剪力均滿足規(guī)范對地震波的要求（見表6）。由于部分樓層的地震波時程分析樓層剪力大于CQC（振型分析反應(yīng)譜法）分析結(jié)果，在進(jìn)行小震CQC 計算時，對相應(yīng)樓層剪力按照時程分析包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計[3]。

表6 基底剪力及樓層層間位移角對比表

5.4 彈性計算結(jié)論

1）結(jié)構(gòu)樓層質(zhì)量分布均勻，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較??；

2）結(jié)構(gòu)剛度分布合理，變化均勻；

3）結(jié)構(gòu)Y 向剪重比在底部2 層不滿足規(guī)范要求，按照規(guī)范進(jìn)行調(diào)整；

4）結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度可以保證結(jié)構(gòu)正常工作，滿足風(fēng)荷載及地震作用下的變形要求及風(fēng)荷載作用下的舒適度要求，結(jié)構(gòu)體系是可行的；

5）結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件軸壓比滿足規(guī)范要求，可保證地震作用下的構(gòu)件延性；

6）框架承擔(dān)的地震傾覆力矩大于10%，大部分樓層框架剪力占基底剪力的比重在15%以上，同時按0.2V0（對框架柱數(shù)量從下至上基本不變的結(jié)構(gòu)，V0應(yīng)取對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的結(jié)構(gòu)底層總剪力；對框架柱數(shù)量從下至上分段有規(guī)律變化的結(jié)構(gòu)，V0應(yīng)取每段底層結(jié)構(gòu)對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的總剪力）進(jìn)行調(diào)整，可保證發(fā)揮地震時的二道防線作用；

7）底部加強區(qū)結(jié)構(gòu)重要部位的構(gòu)件驗算均滿足規(guī)范要求并留有一定的安全度，且在底部加強區(qū)墻肢拉應(yīng)力較大的墻肢里設(shè)置型鋼，保證剪力墻墻肢的延性；

8）根據(jù)抗傾覆驗算結(jié)果，結(jié)構(gòu)可滿足風(fēng)荷載、小震及大震作用下的整體穩(wěn)定性。

6 結(jié)構(gòu)動力彈塑性分析

本工程大震彈塑性分析2 組天然波和1 組人工波，對結(jié)構(gòu)在各組波作用下的彈塑性分析整體計算結(jié)果匯總，各組地震波均按地震主方向為X 向和Y 向分別計算。

根據(jù)彈塑性計算分析，得出主要結(jié)論如下：

1）在人工波罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)仍保持直立，最大彈塑性層間位移角X 向為1/137、Y 向為1/156，小于框架-核心筒結(jié)構(gòu)1/100 的限值。

2）大震彈塑性時程分析首層剪重比約為7%，大震彈塑性時程下首層X 向、Y 向剪力與大震彈性最小比值分別為0.41 和 0.58。

3）核心筒設(shè)置合理的剪力墻開洞形成連梁，連梁在大震下?lián)p傷耗能效果明顯，從而保護了主承重墻肢，大部分主承重墻未出現(xiàn)明顯的損傷；且從人工波X 主方向作用下結(jié)構(gòu)彈性與彈塑性反應(yīng)對比來看，由于連梁耗能作用充分，彈塑性下結(jié)構(gòu)各層剪力均低于彈性結(jié)果，而各層位移反應(yīng)總體大于彈性結(jié)果，彈塑性下頂點位移時程有明顯的反應(yīng)滯后現(xiàn)象。

4）核心筒剪力墻在結(jié)構(gòu)底部樓層出現(xiàn)了輕度至中度的受壓損傷，但是鋼筋尚未充分屈服，且提高墻體配筋率后剪力墻損傷有所緩和，抗震承載力足夠。

5）大震下，外框架柱僅個別外框柱和外框梁出現(xiàn)輕微的塑性應(yīng)變，極少數(shù)柱腳出現(xiàn)輕度的塑形應(yīng)變，大部分外框架柱和框架梁均處于彈性狀態(tài)。外框架在大震作用下的承載力仍有較大富余，核心筒進(jìn)入塑性后外框架可以起到抗震二道防線的作用。

6）裙樓樓板出現(xiàn)局部受壓損傷，設(shè)計考慮進(jìn)一步加強此處樓板的配筋，其余樓板均未出現(xiàn)明顯損傷，抗震承載力足夠。

7 結(jié)論

綜上所述，本工程采用的主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布均勻，剛度分布合理，變化均勻，結(jié)構(gòu)體系合理可行；同時結(jié)構(gòu)滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，達(dá)到了本工程所設(shè)定的性能目標(biāo)要求。