魯曉旭 王曉慶

中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司（450052）

1 工程概況

該工程為鄭州金水萬(wàn)達(dá)中心1號(hào)樓，位于鄭州市金水區(qū)科新路與農(nóng)科路交匯處，其±0.00對(duì)應(yīng)絕對(duì)標(biāo)高為92.800，采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，地下兩層，-2層、-1層層高分別為3.7 m、4.66 m，其功能為車庫(kù)及設(shè)備用房；地上部分三個(gè)單元通過(guò)設(shè)置防震縫斷開(kāi)，總建筑面積約4.6萬(wàn)m2，建筑形態(tài)為超高層住宅樓及附屬商業(yè)，1～3層層高分別為4.9 m、4.9 m、3.55 m，4層及以上為標(biāo)準(zhǔn)層，層高均為3.15 m，其中左單元和中單元結(jié)構(gòu)主體高度142.8 m；右單元結(jié)構(gòu)主體高度115.66 m，屋面上部造型高度約20 m，建筑效果如圖1所示。

圖1 鄭州金水萬(wàn)達(dá)中心1號(hào)樓

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)類設(shè)防（丙類）1，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，建筑抗震烈度為7度（0.15 g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，特征周期Tg為0.55 s，彈性分析結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，周期折減系數(shù)取0.95；位移計(jì)算采用50年一遇基本風(fēng)壓ω0=0.45 kN/m2，承載力設(shè)計(jì)時(shí)其風(fēng)荷載取基本風(fēng)壓值ω0的1.1倍，舒適度驗(yàn)算時(shí)取10年一遇風(fēng)壓值0.30 kN/m2，地面粗糙度類別為C類，結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)為1.40。

2 結(jié)構(gòu)體系及主要構(gòu)件截面

2.1 結(jié)構(gòu)體系及典型平面

根據(jù)工程特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)塔樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，樓蓋采用普通鋼筋混凝土梁板體系，主要樓層結(jié)構(gòu)布置如圖2～圖4所示。

圖2 二層樓面結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖3 三層樓面結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)層樓面結(jié)構(gòu)平面布置圖

2.2 結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件截面

剪力墻、框架梁截面及混凝土等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 剪力墻、框架梁截面及混凝土等級(jí)

2.3 樓板厚度

結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土梁板體系，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各種抗震需要加強(qiáng)的部位，其各樓層主要樓板厚度取值如下:

-1層樓板120 mm；1層樓板180 mm；

左單元:2層樓板130 mm；3層樓板180 mm；4層樓板130 mm；4層以上主要樓板厚100 mm；屋面樓板120 mm。

中單元:2層樓板130 mm；3層以上主要樓板厚100 mm；屋面樓板120 mm。

3 工程特點(diǎn)

3.1 場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)

擬建場(chǎng)地《場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》中給出了三個(gè)不同概率設(shè)防水準(zhǔn)的地面設(shè)計(jì)地震影響系數(shù)公式:

式中T1和Tg為譜的拐點(diǎn)周期，其中Tg也稱為特征周期，βm為譜的最大值，γ為衰減指數(shù)，T為工程結(jié)構(gòu)周期，相應(yīng)參數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 場(chǎng)地地震安全相關(guān)參數(shù)取值

通過(guò)地震反應(yīng)譜進(jìn)行比較，與安評(píng)場(chǎng)地反應(yīng)譜的峰值比較高，但是長(zhǎng)周期段下降比較快，低于規(guī)范反應(yīng)譜，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果給出結(jié)構(gòu)前三個(gè)周期和第五周期處的比較，對(duì)左單元其場(chǎng)地反應(yīng)譜結(jié)果與規(guī)范反應(yīng)譜結(jié)果的比值分別為81.5%、85.7%、97.8%和106.4%，第一階振型在X方向占該方向基底總剪力的比例為72.2%，第二階振型在Y向占該方向基底總剪力的比例為57.6%，第五階振型在Y向占該方向基底總剪力的比例為69.3%；對(duì)中單元其場(chǎng)地反應(yīng)譜結(jié)果與規(guī)范反應(yīng)譜結(jié)果的比值分別為81.5%、83.3%、97.9%和107.7%，第一階振型Y向占該方向基底總剪力的比例為54.0%，第五階振型在Y向占該方向基底總剪力的比例為74.0%，第二階振型在X向占該方向基底總剪力的比例為72.4%；為考慮高階振型的影響，設(shè)計(jì)中應(yīng)取規(guī)范反應(yīng)譜及安評(píng)反應(yīng)譜同時(shí)輸入進(jìn)行小震計(jì)算，取兩者的包絡(luò)值進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。本工程結(jié)構(gòu)周期較長(zhǎng)，按安評(píng)場(chǎng)地譜計(jì)算地震作用偏小，設(shè)計(jì)中在選擇預(yù)期水準(zhǔn)的地震作用設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，中震和大震仍采用國(guó)家規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)及地震反應(yīng)譜曲線。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）左單元和中單元主體結(jié)構(gòu)高度142.8 m，超出《高規(guī)》規(guī)定7度區(qū)A級(jí)高度限值，但不超B級(jí)高度限值；右單元主體結(jié)構(gòu)高度115.66 m，在A級(jí)高度范圍內(nèi)，不超限[1-3]。

2）左單元高寬比為7.8，中單元為8.2，右單元為7.4，均超出《高規(guī)》規(guī)定7度區(qū)剪力墻結(jié)構(gòu)最大高寬比限值6。

3）左、中單元建筑門廳設(shè)置兩層通高，造成左單元二層開(kāi)洞面積約21.16%及局部穿層墻，且需對(duì)個(gè)別上部墻體進(jìn)行局部轉(zhuǎn)換；中單元二層開(kāi)洞面積約24.79%及局部穿層墻。

4）建筑底部設(shè)置兩層裙房造成塔樓偏心，左單元X向偏心率為12.40%，Y向偏心率為8.7%；中單元X向無(wú)偏心，Y向偏心率為5.7%；右單元主樓與商業(yè)設(shè)縫分開(kāi)，不存在塔樓偏心。

3.3 超限類別判定

依據(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)》3，結(jié)合結(jié)構(gòu)的平立面布置和多遇地震下的彈性反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果，判定左單元和中單元為超A級(jí)高度，但不超過(guò)B級(jí)高度的基本規(guī)則結(jié)構(gòu)；右單元不超限。

4 結(jié)構(gòu)分析

4.1 小震彈性分析

對(duì)超限的左單元和中單元分別采用SETWE和ETABS軟件分別進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算并分析對(duì)比，其主要計(jì)算結(jié)果如下:

4.1.1 結(jié)構(gòu)周期和振型

左單元:結(jié)構(gòu)的周期比為1.651/3.229=0.51（SATWE），1.472/3.098=0.48（ETABS），均滿足規(guī)范限值0.85的要求。

中單元:結(jié)構(gòu)的周期比為1.395/3.095=0.45（SATWE），1.471 8/3.098 0=0.48（ETABS），均滿足規(guī)范限值0.85的要求。

4.1.2 結(jié)構(gòu)位移角和位移比

小震作用下，左單元和中單元結(jié)構(gòu)的最大位移角分別為1/102 2（X向）、1/103 6（Y向），位移比最大為1.18，均能夠滿足規(guī)范要求。

4.1.3 基底剪力和傾覆彎矩

表3 地震作用下的基底剪力和傾覆彎矩

4.1.4 小震彈性時(shí)程分析

本工程選擇5組天然地震波和2組人工波進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。選取的地震波與加速度相應(yīng)的反應(yīng)譜曲線對(duì)比如圖5所示，其水平向?qū)?yīng)的加速度峰值取55 cm/s2，雙向輸入。

SATWE和ETABS時(shí)程分析與反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果分析:

1）對(duì)于各地震波及反應(yīng)譜計(jì)算的基底剪力，每條地震波計(jì)算的結(jié)果與反應(yīng)譜法的結(jié)果比值均能保證在65%～135%；平均值與反應(yīng)譜法結(jié)果比值能夠保證在80%～120%，選波能夠滿足要求。

2）樓層剪力的分布情況為在下部樓層反應(yīng)譜法計(jì)算樓層剪力大于時(shí)程分析結(jié)果平均值，但在上部局部樓層略小于時(shí)程分析結(jié)果，原因?qū)τ陧敳繕菍臃磻?yīng)譜法不能較好的反映高振型的影響，需結(jié)合時(shí)程分析結(jié)果，對(duì)頂部部分樓層的地震作用適當(dāng)放大。對(duì)左單元:X向地震作用和Y向地震作用下不再進(jìn)行放大；對(duì)中單元:X向地震作用下38～44層放大系數(shù)為1.10，Y向地震作用下35～44層放大系數(shù)為1.2。

3）樓層傾覆彎矩以及樓層位移分布，反應(yīng)譜法結(jié)果大于時(shí)程分析結(jié)果平均值，且分布規(guī)律相似。

4）結(jié)構(gòu)層間位移角曲線平滑，時(shí)程分析法和反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果相似，且反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果略大于時(shí)程分析結(jié)果平均值。

綜合所述，反應(yīng)譜法與時(shí)程分析法的計(jì)算結(jié)果基本一致，反映譜法能夠較好反映出該結(jié)構(gòu)在地震下的響應(yīng)狀況，時(shí)程分析法能夠?qū)Ψ磻?yīng)譜分析做出較好的補(bǔ)充。

4.2 大震彈塑性分析

對(duì)左單元和中單元的X向和Y向分別進(jìn)行了大震下的pushover分析，結(jié)果顯示左單元X向和Y向的性能點(diǎn)對(duì)應(yīng)最大層間位移角為1/122（39層）和1/136（28層），中單元X向和Y向的性能點(diǎn)對(duì)應(yīng)最大層間位移角為1/124（19層）和1/153（29層），均小于規(guī)范限值1/120，可以實(shí)現(xiàn)大震不倒的目標(biāo)，其能力譜曲線穿過(guò)需求譜曲線后呈繼續(xù)上升狀態(tài)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具備繼續(xù)承載的能力。

正是豐收時(shí)節(jié)的一天，我在路上遇到二叔，想到他家種了四畝葡萄，便笑著問(wèn)：“二叔，今年數(shù)錢都數(shù)到手酸了吧？”我本想二叔一定會(huì)微笑著謙虛地說(shuō)“哪里哪里，除了鍋巴不剩飯”，可他苦笑了一下，嘆口氣說(shuō)：“白苦一年不說(shuō)，還倒貼黃瓜二條，貼老本了。”

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程采用樁筏基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑0.8 m，有效樁長(zhǎng)25 m，采用樁端和樁側(cè)復(fù)式后注漿提高單樁承載力，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試樁得到單樁承載力特征值為6 000 kN；筏板厚度取2.0 m。本工程左、中單元結(jié)構(gòu)高度與右單元不同，設(shè)計(jì)中保持有效樁長(zhǎng)不變，通過(guò)調(diào)整樁間距控制基礎(chǔ)差異沉降，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)。

5.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.2.1 性能目標(biāo)

本工程采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，針對(duì)結(jié)構(gòu)高度超限、2層樓板局部大開(kāi)洞以及存在的局部轉(zhuǎn)換等情況，提高關(guān)鍵和重要部位構(gòu)件的抗震承載力，確保整體結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到抗震性能目標(biāo)C。具體抗震性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

5.2.2 設(shè)計(jì)措施

1）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，取振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)在小震下能夠做到安全可靠。

2）控制墻體的軸壓比在0.5以內(nèi)，提升結(jié)構(gòu)的延性，對(duì)1～2層大堂局部穿層墻按中震彈性設(shè)計(jì)，驗(yàn)算墻體的穩(wěn)定性。

3）對(duì)大開(kāi)洞周邊樓板板厚取130 mm，按照彈性樓板進(jìn)行計(jì)算，并按中震應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行雙層雙向配筋，且樓板配筋率不小于0.25%。

4）針對(duì)左單元存在的個(gè)別墻體轉(zhuǎn)換，采取以下加強(qiáng)措施:轉(zhuǎn)換梁采用型鋼混凝土梁，轉(zhuǎn)換梁及相關(guān)范圍內(nèi)上部?jī)蓪訅w按照中震下的應(yīng)力進(jìn)行配筋校核，控制轉(zhuǎn)換梁在大震下的剪壓比，轉(zhuǎn)換構(gòu)件所在的第3層樓板轉(zhuǎn)換層樓板構(gòu)造要求進(jìn)行加強(qiáng)，板厚取180 mm，按照彈性樓板進(jìn)行計(jì)算，并按中震應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行雙層雙向配筋，且樓板配筋率不小于0.25%。

5）進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，驗(yàn)算其變形能力和抗震性能，確保結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。

6）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的基底剪力、傾覆彎矩、位移，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度計(jì)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)舒適度。

7）針對(duì)2層洞口周邊樓板、左單元轉(zhuǎn)換構(gòu)件及周邊樓板的進(jìn)行中震下的有限元應(yīng)力分析，根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果校核配筋。

8）對(duì)局部出屋面的結(jié)構(gòu)，提高其抗震構(gòu)造措施，尤其是與主體結(jié)構(gòu)連接的構(gòu)造措施[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上抗震概念設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)小震、中震和大震計(jì)算分析，以上分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的主要控制參數(shù)均在合理的范圍內(nèi)，針對(duì)存在的不利因素采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施后，可以確保結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。