劉金鳳，楊德圣

（中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司，北京100089）

1 引言

近年來(lái),多塔結(jié)構(gòu)越來(lái)越多地被工程師采用，對(duì)于該類體型不規(guī)則超限高層結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[1]規(guī)定必須進(jìn)行超限審查，其中，結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)是重要的組成部分。本文以具體工程為例，對(duì)此類工程的性能化設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，并給出具體的加強(qiáng)措施，為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

2 工程概況和超限情況

本工程位于珠海市橫琴新區(qū)，由裙房和2 棟塔樓組成。地下共3 層，主要為設(shè)備用房和汽車庫(kù)；裙房8 層，處于塔樓之間，裙房和塔樓不設(shè)縫，主要為商業(yè)、辦公和宿舍；塔樓1、塔樓2 均為框架核心筒結(jié)構(gòu)，層數(shù)分別為44 層和 38 層，高度分別為167.80 m 和 146.20 m?？拐鹪O(shè)防烈度7 度，地震分組第二組，基本加速度0.10g，Ⅳ類場(chǎng)地，特征周期0.75 s，該工程存在樓板不連續(xù)、凹凸不規(guī)則、偏心布置、多塔樓、個(gè)別樓層轉(zhuǎn)換及穿層柱、個(gè)別樓層扭轉(zhuǎn)位移比超限共六項(xiàng)不規(guī)則，塔樓1、塔樓2 高度分別超出A 級(jí)高度限值29.07%和12.46%，為體型不規(guī)則的超高層建筑，具體結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)模型圖

3 抗震等級(jí)和性能目標(biāo)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]，以及抗震等級(jí)（見(jiàn)表1），其中縮進(jìn)部位屋面層及其上下層塔樓框架柱抗震等級(jí)及抗震構(gòu)造措施等級(jí)均提高到特一級(jí)，為保證地震作用的可靠傳遞，1~6 層塔樓框架柱抗震構(gòu)造措施提高到特一級(jí)以保證塔樓與底盤的整體工作。根據(jù)工程超限情況和文獻(xiàn)[2]及專家意見(jiàn)，性能目標(biāo)定為C 級(jí)，具體如表2 所示。

表1 抗震等級(jí)

表2 性能目標(biāo)

4 小震分析

本工程同時(shí)采用整體、塔樓1、塔樓2 模型進(jìn)行分析，其中塔樓模型帶兩跨相關(guān)范圍。本工程位移角、位移比按照整體模型控制，周期比按照整體和塔樓模型分別控制，承載力為整體和塔樓模型包絡(luò)設(shè)計(jì)。采用ETABS 和YJK 對(duì)小震做對(duì)比分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果滿足規(guī)范要求，具體如表3 所示。

進(jìn)行小震彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算，選取7 條地震波，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，多條時(shí)程曲線的平均值也大于反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，滿足規(guī)范規(guī)定[3]。時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征、變化規(guī)律與反應(yīng)譜法結(jié)果基本一致，結(jié)構(gòu)無(wú)明顯的剛度突變層，由時(shí)程分析所得剪力結(jié)果和反應(yīng)譜法計(jì)算的剪力結(jié)果可知無(wú)須對(duì)振型分解反應(yīng)譜法剪力結(jié)果進(jìn)行放大。

表3 小震計(jì)算結(jié)果

5 中震性能分析

本工程裙房高度內(nèi)塔樓框架柱均為型鋼混凝土柱，上部為普通鋼筋混凝土柱，柱截面由底到頂逐段減小，核心筒墻體由底到頂逐段減薄，框架柱和剪力墻軸壓比均滿足規(guī)范要求。采用等效彈性法對(duì)結(jié)構(gòu)中震下的承載力進(jìn)行復(fù)核，1~3 層底部墻肢局部部位平均拉應(yīng)力大于2ftk（ftk為混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值），通過(guò)設(shè)置型鋼和增大墻體豎向鋼筋配筋率把拉應(yīng)力降到與ftk相等；通過(guò)優(yōu)化布置，調(diào)整構(gòu)件截面確保關(guān)鍵構(gòu)件、普通構(gòu)件和耗能構(gòu)件性能目標(biāo)均滿足表2 的要求。

6 大震性能及大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

采用等效彈性法對(duì)大震下結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行復(fù)核，采用佳構(gòu)軟件進(jìn)行大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。等效彈性法結(jié)果表明關(guān)鍵構(gòu)件、普通構(gòu)件、耗能構(gòu)件性能目標(biāo)均滿足表2 的要求。動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析結(jié)果顯示：（1）大震彈塑性和大震彈性基底剪力的比值介于0.565~0.867，結(jié)構(gòu)有足夠的耗能能力；（2）X 和Y 向?qū)娱g位移角最大值分別為1/140 和1/153，滿足規(guī)范規(guī)定；（3）剛度曲線下降較少，結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能；（4）核心筒剪力墻僅底部幾層受到輕微的損傷，框架柱僅裙房局部受到輕微損傷；（5）塔樓范圍內(nèi)梁出現(xiàn)中輕度損傷，裙房范圍內(nèi)梁發(fā)生輕度損傷，個(gè)別梁出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷。綜上，本工程主體結(jié)構(gòu)能夠滿足規(guī)范的彈塑性性能要求。

7 采取的加強(qiáng)措施

本工程加強(qiáng)措施：（1）加大塔樓周邊構(gòu)件截面及配筋，增加整體性及抗側(cè)剛度，提高變形協(xié)調(diào)能力；（2）增加穿層柱上下端梁截面，加強(qiáng)其對(duì)穿層柱的約束，按照同層正常柱對(duì)穿層柱的承載力進(jìn)行復(fù)核；（3）控制塔樓與裙房頂交接部位的層間位移角小于或等于1.15 倍的相鄰下部區(qū)段的層間位移角；（4）加厚體型收進(jìn)處的裙房屋面板，并設(shè)拉通筋，確保單層單向鋼筋的配筋率不小于0.25%；（5）加厚裙房樓板開(kāi)大洞部位的周邊板塊，復(fù)核該樓層設(shè)防地震樓板應(yīng)力配筋；（6）提高轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱及斜撐得抗震等級(jí)至一級(jí)，并均設(shè)置鋼骨，并用Etabs對(duì)中震及大震下轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱和斜撐做有限元分析，保證其中震彈性及大震不屈服的性能目標(biāo)；（7）保證底部加強(qiáng)區(qū)核心筒墻體分布鋼筋配筋率均大于或等于0.6%。

8 結(jié)語(yǔ)

該工程充分考慮概念設(shè)計(jì)，對(duì)中震及大震下各構(gòu)件的性能目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，并使用動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析法分析大震下各構(gòu)件的損傷，對(duì)薄弱部位和關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)，最終保證結(jié)構(gòu)滿足性能目標(biāo)C 的要求。