開源國際建筑設(shè)計院（廣州）有限公司，廣東 廣州 510000

綜合體建筑作為我國重要的建筑建設(shè)項目，突破了建筑功能局限性，提高了空間資源利用率。由于綜合體建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，穩(wěn)定性相對較差，必須對其樓層進(jìn)行限定[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對綜合體建筑樓層的高度提出了新的要求，如何在滿足穩(wěn)定性的前提條件下，盡可能地滿足建筑空間的擴(kuò)大需求，制訂超限高層結(jié)構(gòu)方案，成為建筑領(lǐng)域的重要研究方向[2]。

1 工程概況

某建筑物坐落于商業(yè)圈，與地鐵站距離較短，交通便利，集辦公、休閑娛樂、居住等多項功能于一體。由于建筑功能較為復(fù)雜，為了滿足不同樓層的使用需求，分別為其設(shè)定層高，并設(shè)置防震縫，以此加強(qiáng)各個樓層鋼筋的穩(wěn)定性。

2 建筑超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 建筑總體結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

該研究將核心筒插入建筑結(jié)構(gòu)模型中，獲取雙道抗震防線的構(gòu)件，為提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。建筑總體結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方案如圖1所示。在圖1中，左側(cè)是建筑結(jié)構(gòu)模型，中間是核心筒，右側(cè)是框架柱，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部含有建筑的第1道抗震防線構(gòu)件，穩(wěn)定性能較高。

圖1 建筑總體結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方案

2.2 基于力學(xué)模型的建筑結(jié)構(gòu)調(diào)整

扭轉(zhuǎn)位移比μ是建筑結(jié)構(gòu)偏心的重要參數(shù)，通常情況下，采取減小樓層質(zhì)量中心與剛度中心之間的偏心距的方法控制μ＜1.4[3]。由于該研究項目建筑未設(shè)防震縫，在塔樓的一側(cè)存在裙樓偏置情況，在此條件下μ＞1.4。經(jīng)計算分析可知，這種常用的操作手段無法控制μ，其原因是豎向體型收進(jìn)期間裙樓上半部分樓層的結(jié)構(gòu)剛度與標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異，使抗震性能嚴(yán)重偏離預(yù)期目標(biāo)。綜合體建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型如圖2所示。

圖2 綜合體建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

假設(shè)塔樓地震力為F1、塔樓質(zhì)量為m1、塔樓結(jié)構(gòu)剛度為K1，樓層扭轉(zhuǎn)位移比μ與裙樓地震力F2、塔樓質(zhì)量m2、塔樓結(jié)構(gòu)剛度K2存在相關(guān)關(guān)系，用以下公式來描述：

如果僅調(diào)整樓層結(jié)構(gòu)構(gòu)件，認(rèn)為建筑總質(zhì)量和結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布對構(gòu)件的影響較小，并且在調(diào)整局部構(gòu)件的剛度時，建筑整體結(jié)構(gòu)周期變化幅度較小，其影響可以忽略不計。依據(jù)反應(yīng)譜曲線變化特點認(rèn)為，結(jié)構(gòu)質(zhì)量、結(jié)構(gòu)周期、地震力之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，地震力隨著其他兩個變量的減小而下降。由此可以推斷，要想調(diào)整豎向構(gòu)件剛度，需要保證參數(shù)F2、F1、m2、m1恒定。依據(jù)此關(guān)系，對公式（1）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以得到關(guān)系模型：

設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)期間，為了調(diào)整參數(shù)μ，使其滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置要求，需要考慮以下三種調(diào)整情況：（1）無偏心，參數(shù)記為μ0；（2）正偶然偏心，參數(shù)記為μ1；（3）負(fù)偶然偏心，參數(shù)記為μ2。該方案以4層建筑物為例，將建筑項目相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式中，可以得到計算結(jié)果。由此可知，該建筑工程受正偶然偏心的影響最大。另外，通過計算還可以掌握參數(shù)μ1與參數(shù)η之間的關(guān)系，二者之間同樣存在正相關(guān)關(guān)系。因此，建筑結(jié)構(gòu)調(diào)整方案中，應(yīng)該減小參數(shù)η，如增加裙樓剛度等，確保建筑各個樓層參數(shù)μ數(shù)值均＜1.4。

2.3 結(jié)構(gòu)平面布置設(shè)計

該建筑塔樓平面為長方形，長度為30.8m、寬度為43.6m，結(jié)構(gòu)高寬比設(shè)置為6.4，建筑中央位置布設(shè)核心筒；布設(shè)平面尺寸長度為23.9m、寬度為13.3m，結(jié)構(gòu)高寬比設(shè)置為14.9。以建筑上部分酒店功能和辦公功能為例，設(shè)計結(jié)構(gòu)平面布置方案如圖3所示。

圖3 建筑上部結(jié)構(gòu)樓層平面布置設(shè)計方案（單位：mm）

圖3（a）對辦公用房樓層平面布置進(jìn)行設(shè)計，標(biāo)注了樓層各個單元活動面積劃分尺寸；圖3（b）對酒店客房樓層平面布置進(jìn)行設(shè)計，標(biāo)注了樓層各個單元活動面積尺寸。這些建筑結(jié)構(gòu)具有相同的布設(shè)特點，均選取柱內(nèi)型鋼作為結(jié)構(gòu)延伸性提高工具。在界面的底層布設(shè)型鋼混凝土柱，規(guī)格為1700mm×1700mm，隨著樓層的增加，型鋼混凝土柱尺寸逐漸減小，頂層規(guī)格為800mm×800mm，采用分段收進(jìn)方法進(jìn)行布置。

2.4 風(fēng)荷載與地震設(shè)計規(guī)范

該設(shè)計方案以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）為參考依據(jù)，設(shè)定風(fēng)壓參數(shù)為0.45kN/m2，按照建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)施工規(guī)程，將施工場地地面粗糙程度設(shè)定為B類，取值1.44。按照50年重現(xiàn)期，取基本風(fēng)壓參數(shù)數(shù)值是規(guī)范值的1.1倍，根據(jù)承載力和位移兩項指標(biāo)數(shù)值的設(shè)定，將結(jié)構(gòu)阻尼比設(shè)定為5%。

另外，按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2016年版）》（GB 50011—2010），設(shè)定該項目的抗震設(shè)防指標(biāo)為7度。通過現(xiàn)場實地勘察可知，施工現(xiàn)場地震類別為Ⅲ類，對應(yīng)的特征周期為0.5s。當(dāng)建筑所處位置發(fā)生大型地震時，特征周期為0.55s，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.06。當(dāng)該區(qū)域發(fā)生的地震等級為中等或者低等時，結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)比有所減小，取值0.05。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)超限判斷及建筑抗震性能分析

為了驗證上述設(shè)計方案是否可靠，文章對設(shè)計方案進(jìn)行模擬仿真分析。建筑結(jié)構(gòu)抗震性能模擬測試結(jié)果如表1所示。

表1 建筑結(jié)構(gòu)抗震性能模擬測試結(jié)果

從表1中可以看出，文章提出的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案具有較強(qiáng)的抗震性。在滿足結(jié)構(gòu)抗震安全性要求的同時，為人們提供了多項服務(wù)。

4 結(jié)論

文章通過對上述工程項目進(jìn)行技術(shù)分析與調(diào)整，得出以下結(jié)論：（1）在建筑豎向體型收進(jìn)，樓的一側(cè)存在裙樓偏置情況，建筑未設(shè)防震縫的情況下，抗震性能嚴(yán)重偏離預(yù)期目標(biāo)。常規(guī)手段無法控制扭轉(zhuǎn)位移比μ。（2）僅調(diào)整樓層結(jié)構(gòu)構(gòu)件，建筑總質(zhì)量和結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布對構(gòu)件的影響較小，調(diào)整局部構(gòu)件的剛度時，建筑整體結(jié)構(gòu)周期變化幅度較小，其影響可以忽略不計。（3）結(jié)構(gòu)質(zhì)量、結(jié)構(gòu)周期、地震力之間存在一定相關(guān)關(guān)系，地震力隨著其他兩個變量的減小而下降。（4）扭轉(zhuǎn)位移比μ與塔樓裙房之間剛度比η存在正相關(guān)關(guān)系?？梢酝ㄟ^增加裙樓剛度等方法調(diào)整剛度比，確保建筑各個樓層參數(shù)μ數(shù)值滿足預(yù)期要求。