單玉坤，劉莉娜

（天津大學建筑設(shè)計研究總院有限公司，天津 300017）

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，立面及平面不規(guī)則的建筑越來越多，某些高層建筑因結(jié)構(gòu)布置不合理導致結(jié)構(gòu)超限，從而需要進行超限相關(guān)設(shè)計計算及補充性能化設(shè)計分析，不僅增加了設(shè)計周期，還增加混凝土和鋼筋用量，從而增加造價［1］。在不影響建筑功能及立面效果的前提下，針對結(jié)構(gòu)自身特點進行優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)體系滿足國家及地方抗震規(guī)范的要求，保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟性最佳。

1 工程概況

天津某酒店地上10層、局部11層，地下1層，地上建筑面積9 457.50 m2，地下建筑面積1 309.34 m2，建筑總高度43.40 m。一層層高6 m；二層層高5.1 m；3～10層層高均為4 m；局部11層為設(shè)備用房。

工程建筑設(shè)計使用年限為50 a，建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，0.20g，地震分組為第二組，抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防，場地類別Ⅳ類，特征周期0.75 s；基本風壓按50 a重現(xiàn)期取0.55 kN/m2，地面粗糙度為B類。結(jié)構(gòu)嵌固部位為首層結(jié)構(gòu)樓板。

2 超限問題分析

本工程設(shè)防烈度高、地基土軟弱、特征周期長，地震力作用大，經(jīng)過方案比選，主體采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。首先結(jié)合建筑平面布置，在樓梯、電梯間附近設(shè)置剪力墻，再結(jié)合平面功能及建筑立面，在合適的位置根據(jù)規(guī)范［2］要求設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻，保證兩個方向剪力墻布置均勻，受力合理。標準層剪力墻厚度均為300 mm，框架柱截面700 mm×700 mm，內(nèi)部框架梁高700 mm。

對照天津市“建設(shè)工程超限判定表”（以下稱“判定表”），從平面布置規(guī)則性、樓板是否連續(xù)、是否存在剛度突變等方面進行逐一分析并根據(jù)不規(guī)則程度進行評分，累計評分達到3分則判定為超限高層。結(jié)合計算結(jié)果及項目特點，對結(jié)構(gòu)可能存在的不規(guī)則項進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化［3］，使得結(jié)構(gòu)布置更為合理，避免成為超限高層。

2.1 平面規(guī)則性判定

從塔樓是否偏置、扭轉(zhuǎn)規(guī)則性、偏心布置、扭轉(zhuǎn)剛度、凹凸不規(guī)則、樓板是否連續(xù)，6方面進行判定并進行細化評分，要想規(guī)避“超限高層建筑工程”，就要控制其不規(guī)則類型少于3項［4］。

2.1.1 塔樓偏置

大底盤塔樓偏置結(jié)構(gòu)是一種抗震不利的復雜結(jié)構(gòu)形式。大底盤塔樓偏置時，塔樓質(zhì)心與裙房質(zhì)心偏離，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應明顯，在地震作用下容易造成嚴重破壞，設(shè)計中應盡量避免或設(shè)縫將塔樓與裙房分開，使之受力簡單合理［5］。

本工程裙房地上二層，高度H1=11.10 m，H1/H=11.1/43.4=0.256＞0.2，若裙房和主樓連為整體，經(jīng)計算塔樓與底盤的綜合質(zhì)心偏心距大于底盤邊長的20%，屬于塔樓偏置結(jié)構(gòu)，根據(jù)“判定表”，不規(guī)則項評分2分。

經(jīng)分析，此部位設(shè)置抗震縫對建筑平面使用及立面效果均影響較小，故采取設(shè)置抗震縫的方案將裙房與主樓斷開進行處理。通過設(shè)置抗震縫高層主體部分無塔樓偏置問題，不規(guī)則項評分為0分。

2.1.2 扭轉(zhuǎn)規(guī)則性及偏心布置

經(jīng)初步計算，局部樓層位移比1.19，接近1.2限值；同一樓層剛心與質(zhì)心的偏心率為0.136 4，接近0.15限值。根據(jù)經(jīng)驗，后期建筑功能詳細計算過程中，這兩項指標均存在超過限值的可能，依據(jù)“判定表”，兩項綜合計分，暫時判定為不規(guī)則項，不規(guī)則項評分為1分。

2.1.3 扭轉(zhuǎn)剛度

模型開始試算階段，計算扭轉(zhuǎn)周期比為0.91，超過規(guī)范［2，6］限值。結(jié)構(gòu)周期比＞0.9即為特別不規(guī)則建筑［6］，一般通過增大周圈剛度的方式調(diào)整，結(jié)合建筑平面布局并考慮對立面的影響，調(diào)整周邊框架梁高至850 mm，提高了結(jié)構(gòu)整體剛度，扭轉(zhuǎn)周期比調(diào)整至0.71，滿足規(guī)范要求［2］。不規(guī)則項評分為0分。

2.1.4 凹凸不規(guī)則

建筑平面呈L形，見圖1。

圖1 標準層平面

L/B=38.9/17.6=2.21＜3，l/b=16.1/10.85=1.48＜1.5，l/Bmax=16.1/33.7=0.48＞0.3,b/L=10.85/38.9=0.28＜0.3，結(jié)構(gòu)平面凸出大于總尺寸的30%且凸出的寬度小于相應投影方向總尺寸的30%。此平面布置為建筑使用最優(yōu)方案，不易調(diào)整，故此建筑屬于平面不規(guī)則,不規(guī)則項評分為1分。

2.1.5 樓板連續(xù)性

各個樓層均未設(shè)置較大洞口且樓梯、電梯設(shè)置所導致的洞口寬度遠小于此位置處典型樓板寬度的40%，樓板連續(xù)性良好，不規(guī)則項評分為0分。

2.2 豎向規(guī)則性判定

豎向不規(guī)則高層建筑，由于豎向剛度大、體型不均勻、出現(xiàn)突變等，地震下作用響應明顯，對結(jié)構(gòu)安全有很大影響［7］。一般從結(jié)構(gòu)是否剛度突變、承載力突變，是否層剛度偏小3方面進行判定。

經(jīng)計算，結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力均大于相鄰上一層的80%，結(jié)構(gòu)無承載力突變。各樓層與其相鄰上層側(cè)向剛度比均＞0.9，滿足要求［2］，無層剛度偏小的樓層；但首層底板為嵌固層，首層與二層X和Y方向剛度比分別為1.48、1.49，均不滿足＞1.5的要求［2］，屬于剛度突變。結(jié)構(gòu)超限不規(guī)則項已得2分，若此處再評1分，則結(jié)構(gòu)不規(guī)則項滿3分，判定為“規(guī)則性超限”的高層建筑工程［3］，需進行超限高層建筑抗震性能化設(shè)計。

結(jié)合建筑功能，將首層局部剪力墻厚度增加，提高結(jié)構(gòu)首層的抗側(cè)剛度。經(jīng)過調(diào)整，首層與二層X和Y方向剛度比為1.53、1.54，滿足規(guī)范要求［2］，結(jié)構(gòu)無豎向剛度突變，不規(guī)則項評分為0分。

2.3 尺寸突變判定

因面積限制，十層平面收進，對是否存在尺寸突變進行判定。見圖2。

圖2 十層平面

收進部分面積與下部樓層面積比：16.1×10.85/(16.1×10.85+38.9×17.6)=0.203＜0.25，滿足上部收進的尺寸不大于相鄰下部樓層的25%要求且在此收進僅一層，位置位于建筑頂部，即設(shè)備層結(jié)構(gòu)平面處，結(jié)合建筑立面，將框架結(jié)構(gòu)向上延伸至頂層并設(shè)置框架梁故尺寸突變不超過“判定表”限值，不規(guī)則項評分為0分。見圖3。

圖3 設(shè)備層結(jié)構(gòu)平面

2.4 其余不規(guī)則項判定

結(jié)合平面布局及立面設(shè)置進行分析，本建筑無局部懸挑結(jié)構(gòu)、不存在錯層、加強層、轉(zhuǎn)換層等其他不規(guī)則項。

綜上，結(jié)構(gòu)不規(guī)則程度評分總分為2分，不屬于超限高層建筑工程。

3 主體結(jié)構(gòu)主要設(shè)計結(jié)果分析

考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時主要振動周期、X和Y方向的平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)計算結(jié)果見表1。

表1 結(jié)構(gòu)主要周期計算指標

第1扭轉(zhuǎn)周期（0.732 6）/第1平動周期（1.033 5）=0.71。

地震力作用下位移比及連梁剛度不折減模型下位移角見表2。

表2 結(jié)構(gòu)主要位移計算指標

結(jié)構(gòu)的第一、二周期均為平動周期且X和Y兩個方向剛度接近，扭轉(zhuǎn)周期比、位移角、位移比等指標均滿足規(guī)范［2,6,8］要求。

3 結(jié)語

1）通過“超限判定表”進行結(jié)構(gòu)布置的各種不規(guī)則項分析，是確定結(jié)構(gòu)是否超限、受力是否合理的便捷方法。

2）對接近或超過規(guī)范限值不多的情況，應進行進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化，盡可能避免結(jié)構(gòu)設(shè)計為超限高層。

3）結(jié)構(gòu)主要整體性指標，須結(jié)合規(guī)范要求逐一核查，使結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和安全性同時得到保證。