魯凡

（廣東省重工建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000）

1 項(xiàng)目概況

白云機(jī)場(chǎng)綜合服務(wù)大樓項(xiàng)目位于廣州市白云區(qū)機(jī)場(chǎng)南工作區(qū)A3地塊。綜合服務(wù)大樓項(xiàng)目建筑面積約60399.2m2，其中地上約43267.0m2，地下約17132.2.m2；地上共8層，2層地下室，建筑地面以上的主要層高為6.0m和4.5m；高度37.50m。地上結(jié)構(gòu)的外包尺寸為117.70m×57.40m，長(zhǎng)寬比為2.05，高寬比為0.65。項(xiàng)目效果圖見圖1。

圖1 項(xiàng)目效果

2 結(jié)構(gòu)體系

本工程的建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。工程典型結(jié)構(gòu)布置如圖2~圖5所示。

圖2 二層結(jié)構(gòu)平面布置

圖3 三層結(jié)構(gòu)平面布置

圖4 五層結(jié)構(gòu)平面布置

圖5 九層結(jié)構(gòu)平面布置

剪力墻主要設(shè)置在核心筒電梯間以及樓梯間部位，其抗震等級(jí)為二級(jí)；通過(guò)合理的剪力墻設(shè)置，既能減小框架柱的內(nèi)力和截面尺寸，也能起到二道防線的功能，又能提高結(jié)構(gòu)整體的抗扭抗側(cè)剛度，效果顯著。

框架柱為矩形柱和圓柱，托柱轉(zhuǎn)換梁和轉(zhuǎn)換柱的抗震等級(jí)為二級(jí)，其余框架構(gòu)件的抗震等級(jí)均為三級(jí)。經(jīng)模型試算，地下一層與首層的結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比大于2，滿足規(guī)范的相關(guān)要求，嵌固部位確定為地下室頂。

本工程底板下的土層為粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r及強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，修正后的地基承載力特征值不小于250kPa，可作為基礎(chǔ)持力層。

本工程采用筏板+柱墩基礎(chǔ)的基礎(chǔ)形式，以粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化砂巖和強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r作為天然筏板基礎(chǔ)的持力層，并在柱下設(shè)置厚度不小于800mm高的柱墩抵抗豎向構(gòu)件對(duì)底板的沖切?；A(chǔ)平面布置圖見圖6。

圖6 基礎(chǔ)平面布置

根據(jù)《高規(guī)》5.1.12條的要求，本工程采用北京盈建科有限公司編制的YJK計(jì)算分析軟件和ETABS有限元分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析對(duì)比。計(jì)算模型見圖7、圖8。

圖7 YJK計(jì)算模型

圖8 ETABS計(jì)算模型

3 不規(guī)則類型判別（國(guó)家超限判定表）

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》（2015年版），本工程高度未超過(guò)規(guī)定限值，存在“超限審查要點(diǎn)表2”所列不規(guī)則項(xiàng)5項(xiàng)，分別為：序號(hào)1a：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（最大位移比為1.31）；序號(hào)1b：偏心布置（1.序號(hào)a、b不重復(fù)計(jì)算不規(guī)則項(xiàng)）；序號(hào)2a：凹凸不規(guī)則；序號(hào)3：樓板不連續(xù)；序號(hào)5：構(gòu)件間斷（存在轉(zhuǎn)換柱）；序號(hào)7：局部不規(guī)則（局部存在穿層柱）；綜上所述，本工程屬于超限高層建筑。

4 抗震設(shè)防要求及抗震性能目標(biāo)

本工程總體均按性能目標(biāo)C要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件以《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3—2010）》3.11條所列各水準(zhǔn)的驗(yàn)算公式為依據(jù)，復(fù)核計(jì)算其承載力是否滿足設(shè)計(jì)的要求；其中，本工程關(guān)鍵構(gòu)件定為底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻（-2~2層）、轉(zhuǎn)換梁柱。關(guān)鍵構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)要求如下：彈性（小震）；抗彎不屈服、抗剪彈性（中震）。

5 多遇地震反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果

（1）根據(jù)《高規(guī)》5.1.12條的規(guī)定，本工程采用YJK、ETABS兩個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算分析和對(duì)比，兩個(gè)模型的各項(xiàng)指標(biāo)接近，且均能滿足高規(guī)要求。

（2）YJK和ETABS兩個(gè)模型的第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值分別為0.78和0.77，均遠(yuǎn)小于0.9的限值要求，滿足《高規(guī)》3.4.5條要求。

（3）結(jié)構(gòu)各樓層的X、Y方向地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值均滿足《高規(guī)》第4.3.12條的剪重比要求。

（4）計(jì)算振型數(shù)為15，有效質(zhì)量系數(shù)大于90%，所取振型數(shù)滿足規(guī)范要求。

（5）在風(fēng)荷載、地震的作用下，該結(jié)構(gòu)模型所有樓層的層間位移角均小于1/800的規(guī)范限值要求。其中，地震荷載作用對(duì)本工程的影響大于風(fēng)荷載作用，本工程地震荷載作用起控制作用。

（6）在考慮偶然偏心影響的X、Y方向規(guī)定水平地震力作用下，模型分析所得的最大扭轉(zhuǎn)位移比大于1.20，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)；其中，在Y方向偶然偏心規(guī)定水平力作用下的位移比最大，其值為1.31，滿足《高規(guī)》第3.4.5條“關(guān)于A級(jí)高度建筑不應(yīng)大于1.5倍的要求”。

（7）本工程采用的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度比均滿足《高規(guī)》3.5.2-2條的要求。

（8）樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力均滿足《高規(guī)》3.5.3的相關(guān)要求，所有樓層均大于其上一層受剪承載力的80%。

（9）該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH2大于1.4，滿足《高規(guī)》第5.4.4條的關(guān)于結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的驗(yàn)算，其值大于2.7，滿足《高規(guī)》5.4.1的相關(guān)要求，無(wú)須考慮重力二階效應(yīng)。

6 多遇地震彈性時(shí)程分析

本工程抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）第4.3.4條第2~3款和第5.1.13條的相關(guān)規(guī)定，本工程應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。通過(guò)盈建科軟件的地震波篩選功能，選取多遇地震的5組實(shí)際地震記錄和2組場(chǎng)地合成人工波，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。

進(jìn)行彈性動(dòng)力分析時(shí)按Ⅶ度地震設(shè)防，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，50年時(shí)限內(nèi)超越概率為63.2%（小震），阻尼比按0.05考慮，最大加速度峰值取35cm/s2。時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果的平均值，與振型分解反應(yīng)譜的計(jì)算結(jié)果取較大值。

（1）通過(guò)彈性時(shí)程分析結(jié)果可知，所選的七條時(shí)程曲線，每條計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力均不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，且不大于后者的135%，時(shí)程曲線均滿足規(guī)范的相關(guān)要求。多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，且不大于后者的120%，所得的底部剪力平均值適用于本工程。

（2）通過(guò)7組時(shí)程地震波與規(guī)范反應(yīng)譜的對(duì)比結(jié)果可知，多數(shù)地震波作用下樓層最大層間位移角超出CQC對(duì)應(yīng)層間位移角，且均滿足規(guī)范要求。

（3）通過(guò)彈性時(shí)程分析結(jié)果可知，在地震波作用下，部分樓層的樓層剪力大于CQC對(duì)應(yīng)樓層剪力。經(jīng)比較，剪力放大系數(shù)如表1所示，本工程采用時(shí)程分析結(jié)果與CQC結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

表1 樓層剪力放大系數(shù)

7 結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度地震驗(yàn)算

以設(shè)定的抗震性能目標(biāo)C為標(biāo)準(zhǔn)，采用盈建科軟件對(duì)非抗震構(gòu)件以外的所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算分析和設(shè)防烈度地震（中震）承載力的驗(yàn)算。

本工程采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算設(shè)防烈度地震作用，水平最大地震影響系數(shù)αmax＝0.23，結(jié)構(gòu)的阻尼比取值為0.05。

計(jì)算結(jié)果：底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻（-2~2層）、框支框架等關(guān)鍵構(gòu)件滿足彈性的要求；結(jié)構(gòu)部分樓層樓面梁出現(xiàn)抗彎屈服，大部分樓層的連梁出現(xiàn)超筋的情況，但其均滿足抗剪截面驗(yàn)算的要求。整體屬輕度損壞，滿足性能水準(zhǔn)3的要求。

（1）豎向構(gòu)件中震彈性抗剪承載力驗(yàn)算：選取第1層進(jìn)行豎向構(gòu)件的抗剪承載力驗(yàn)算?？辜舫休d力驗(yàn)算與構(gòu)件配筋有關(guān)，剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)、底部加強(qiáng)區(qū)上部設(shè)置的兩層過(guò)渡層以及其余部位的墻體，豎向分布筋和水平分布筋暫取0.25%。

計(jì)算結(jié)果調(diào)整：對(duì)于墻體水平分布筋0.25%配筋率不滿足墻體抗剪承載力設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，讀取該墻體的內(nèi)力，以《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）式（7.2.10-2）為依據(jù)，算出相應(yīng)的墻體水平配筋率，輸入至模型進(jìn)行墻體抗剪承載力的復(fù)核。

（2）剪力墻的中震偏拉驗(yàn)算：本工程首層的剪力墻肢在設(shè)防地震作用下剪力墻存在拉力的情況，且拉應(yīng)力大于2.0ftk，需進(jìn)行特殊處理。

解決措施：讀取該墻肢的豎向拉力，根據(jù)豎向分布筋承受該豎向拉力的原則，在剪力墻內(nèi)配置足量的豎向分布筋，增加剪力墻的抗拉能力?？v筋加強(qiáng)范圍從首層延伸至底部加強(qiáng)區(qū)頂。

8 計(jì)算結(jié)果的分析總結(jié)

本工程屬于A級(jí)高度的高層建筑，框架柱和剪力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，設(shè)計(jì)中通過(guò)提高剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)及其他關(guān)鍵構(gòu)件的延性，使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和延性能夠更好地匹配，從而達(dá)到有效地協(xié)同抗震。

（1）對(duì)于剪力墻，其底部加強(qiáng)區(qū)在中震和大震作用下分別滿足第3和第4性能水準(zhǔn)的要求，設(shè)計(jì)時(shí)抗震等級(jí)按二級(jí)，計(jì)算結(jié)果滿足性能C對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻“輕度損壞”的要求，并通過(guò)包絡(luò)設(shè)防烈度地震計(jì)算所得的剪力墻豎向鋼筋配筋結(jié)果、提高約束邊緣構(gòu)件的配筋率等措施進(jìn)一步提高第一道防線的承載能力。

（2）提高剪力墻周邊的框架柱在首層~二層范圍內(nèi)的抗震等級(jí)，以保障框架柱在剪力墻出現(xiàn)局部破壞后仍能處于不屈服狀態(tài)，從抗震概念設(shè)計(jì)上布置多重防線。

（3）普通框架柱按“中震和大震分別滿足第3和第4性能水準(zhǔn)的要求”進(jìn)行性能設(shè)計(jì)。在考慮0.2V0調(diào)整后，適當(dāng)提高首層~二層柱配筋率，并嚴(yán)格限制框架柱的軸壓比，以保障框架柱在剪力墻出現(xiàn)局部破壞后仍能處于不屈服狀態(tài)，從抗震概念設(shè)計(jì)上布置多重防線。

9 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平、建造技術(shù)的不斷發(fā)展，突破常規(guī)設(shè)計(jì)的超限建筑結(jié)構(gòu)開始了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。要做到保證超限建筑的安全性，就不僅僅需要常規(guī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施；更需要從建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)入手，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置，做到結(jié)構(gòu)受力、傳力路徑的清晰，構(gòu)件尺寸的合理；并對(duì)超限結(jié)構(gòu)所涉及的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行專項(xiàng)分析，以規(guī)范為依據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性的加強(qiáng)，方能做到結(jié)構(gòu)的合理和安全。

對(duì)建筑工程安全懷有一顆敬畏之心，是每一位結(jié)構(gòu)工程人的職業(yè)根本所在。