陳佳琪

（廣州市住宅建筑設(shè)計院有限公司）

1 工程概況

陳田村城中村改造融資區(qū)項目位于廣州市白云區(qū)陳田村，陳田中路以南，規(guī)劃橫一路以北，云城東路以東，白云大道以西，凈用地面積約32844m2。本場地擬建建筑為3 棟46 層超高層住宅（編號為B2、B4、B5），1 棟帶有兩層裙房的46 層超高層住宅（編號為B3），1 棟44層超高層住宅（編號為B1），1 棟3 層配套公建（編號為P1），3 層地下室，總建筑面積約213700m2，總平面圖和立面圖，如圖1、圖2 所示。其中B3 棟首層層高為5.2m，標(biāo)準(zhǔn)層及避難層層高為3.15m，天面層標(biāo)高為147.1m，存在3 項不規(guī)則項，本文主要介紹B3 棟的結(jié)構(gòu)超限設(shè)計情況。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 主要設(shè)計條件

結(jié)構(gòu)設(shè)計的基準(zhǔn)期為50 年，抗震設(shè)防烈度為7 度(0.10g)，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。

基本風(fēng)壓W0=0.50kN/m2(50 年一遇)，承載力計算時按基本風(fēng)壓的1.1 倍采用。場地地面粗糙度C 類，體型系數(shù)雙向按1.4，考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)，將體系系數(shù)放大1.05。

2.2 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

B3 塔樓的平面尺寸為37.5m×37.2m，呈十字形，見圖3，采用剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)，樓蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系，上部結(jié)構(gòu)嵌固端為地下室頂板。塔樓基礎(chǔ)采用灌注樁基礎(chǔ)，持力層為微風(fēng)化灰?guī)r。上部結(jié)構(gòu)剪力墻主要墻厚為200～450，豎向構(gòu)件混凝土等級從C60～C30 逐漸變化。

2.3 超限情況

根據(jù)國家《超限審查技術(shù)要點》[1]的規(guī)定，對所涉及的結(jié)構(gòu)超限和不規(guī)則性做逐條檢查，超限情況如表1 所示。本塔樓屬于超A 級高度，存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則和樓板不連續(xù)三項不規(guī)則。

表1 超限判別

2.4 抗震性能目標(biāo)

根據(jù)《高規(guī)》[2]的3.11 節(jié)明進(jìn)行抗震性能評估，本塔樓采用C 級抗震性能目標(biāo)設(shè)計，各類構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)具體見表2。

表2 各構(gòu)件結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

3 主要分析結(jié)果

3.1 整體計算指標(biāo)

考慮平面呈十字型，在地震和風(fēng)荷載作用下，本塔樓按X、Y 方向及±45°、±135°方向進(jìn)行包絡(luò)計算設(shè)計。計算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)為X、Y 兩個方向控制。具體計算結(jié)果見表3。

表3 整體分析計算結(jié)果對比

綜上分析，在多遇地震和風(fēng)荷載作用下：

⑴本工程整體計算分析采用了YJK 和SATWE 兩個軟件，各項指標(biāo)具有一致性和規(guī)律性，說明結(jié)構(gòu)分析模型準(zhǔn)確。

⑵結(jié)構(gòu)的各項控制指標(biāo)均在合理范圍之內(nèi)，計算結(jié)果均滿足現(xiàn)行國家（廣東省[3]）規(guī)范及規(guī)程的要求，表明結(jié)構(gòu)具有合適的剛度和承載力，結(jié)構(gòu)體系選擇合適。

⑶在多遇地震作用下，各項設(shè)計控制指標(biāo)均滿足性能水準(zhǔn)1 的抗震性能目標(biāo)。

3.2 設(shè)防烈度地震作用分析

根據(jù)性能目標(biāo)的要求，在設(shè)防烈度地震作用下對結(jié)構(gòu)各構(gòu)件進(jìn)行驗算，采用YJK 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行中震彈性及中震不屈服計算[4]，計算簡要結(jié)果見表4。

表4 中震計算簡要結(jié)果

在設(shè)防烈度地震作用下，經(jīng)逐層復(fù)核，剪力墻及框架柱的剪壓比均滿足要求，且均未出現(xiàn)超筋情況，剪力墻及框架柱的承載力均滿足抗彎不屈服和抗剪彈性的性能要求；連梁及框架梁的剪壓比均滿足要求，且均未出現(xiàn)抗剪超筋情況，滿足抗剪不屈的性能要求。

在設(shè)防烈度地震作用下，考慮雙向水平地震，所有框架柱均未出現(xiàn)拉力，僅底部和頂層區(qū)域外側(cè)局部較短墻肢出現(xiàn)拉力，且所有墻肢全截面的平均名義拉應(yīng)力均小于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3 罕遇地震下動力彈塑性分析

根據(jù)性能目標(biāo)的要求，本項目采用SAUSAGE 軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下動力彈塑性分析來評估結(jié)構(gòu)的變形性能、構(gòu)件的塑性及損傷情況，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱部位，并通過設(shè)計加強(qiáng)措施來提高結(jié)構(gòu)的承載力和延性。

根據(jù)《高規(guī)》[2]的4.3.5 條要求，本工程選取1 組人工波和2 組天然波進(jìn)行動力彈塑性計算，符合條件的地震波時程曲線圖，如圖4、圖5 所示。

3.3.1 主要計算結(jié)果

經(jīng)計算分析，可得到各地震波下的主要計算結(jié)果，如表5 所示，層間位移角曲線，如圖6 所示?？芍?，最大層間位移角為1/211 小于《高規(guī)》[2]所規(guī)定的限值1/120，大震下結(jié)構(gòu)基底剪力約為小震（CQC）設(shè)計值的5.43～6.78 倍，表明該結(jié)構(gòu)在大震下發(fā)生了一定的損傷，產(chǎn)生了剛度退化，也滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

表5 主要計算結(jié)果

3.3.2 結(jié)構(gòu)損傷情況

根據(jù)結(jié)構(gòu)的損傷情況，在罕遇地震作用下，大部分連梁出現(xiàn)中度損傷以上，大部分樓層框架梁出現(xiàn)輕微～中度損傷，起到了耗能的作用；底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻洞口邊緣和墻垛出現(xiàn)輕微～輕度損傷，非底部加強(qiáng)區(qū)的電梯筒南部位置剪力墻洞口邊緣出現(xiàn)輕度～中度損傷，其它位置剪力墻局部出現(xiàn)輕度損傷，大部分剪力墻基本為輕微損傷或無損傷，邊緣構(gòu)件配筋未出現(xiàn)明顯塑性應(yīng)變；中下部樓層個別框架柱出現(xiàn)輕微～輕度損傷，頂部樓層框架出現(xiàn)輕微損傷，裙樓框架柱出現(xiàn)輕微～輕度損傷，其他框架柱基本無損傷，框架柱內(nèi)鋼筋均未屈服。

本結(jié)構(gòu)的抗震性能較好，可滿足預(yù)設(shè)的罕遇地震作用下的抗震性能目標(biāo)。

4 專項分析

4.1 樓板應(yīng)力分析

該結(jié)構(gòu)三層存在樓板不連續(xù)情況，樓板在地震作用下可能產(chǎn)生較大的面內(nèi)變形，出現(xiàn)貫通裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度的下降，因此對三層樓板進(jìn)行應(yīng)力分析，面內(nèi)典型主應(yīng)力如圖7 所示。

中震作用下，除個別位置應(yīng)力集中外，樓板拉應(yīng)力小于樓板混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，大開洞周邊樓板拉應(yīng)力沒有明顯增大。根據(jù)應(yīng)力分布情況，大開洞周邊和電梯筒弱連接部的樓板加厚至150mm，并采用雙層雙向拉通板筋，配筋率取0.25%，對樓板應(yīng)力較大的部位，考慮配置另加鋼筋，控制樓板應(yīng)力和裂縫發(fā)展。由此可見，樓板能保持較好的完整性，實現(xiàn)力的傳遞，能滿足中震不屈服的要求。

4.2 躍層柱分析

為滿足建筑功能需要，塔樓二至三層的部分框架柱存在二層跨層情況，躍層柱缺乏樓層內(nèi)梁板的側(cè)向支撐，對跨層柱的實際計算長度進(jìn)行分析。本項目采用Midas gen 軟件對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性屈曲分析，本文列出受力較大的框架柱計算結(jié)果，第一階屈曲模態(tài)見圖8，該柱截面為0.7m×0.9m，柱高為6.3m，混凝土等級為C60，臨界屈曲荷載Pcr=920876.8kN，經(jīng)計算后，該柱的計算長度為4.05m，計算長度系數(shù)為0.643。該躍層柱的實際計算長度系數(shù)小于設(shè)計時取的長度系數(shù)（1.25），表明該躍層柱在設(shè)計荷載工況下不會發(fā)生局部屈曲，有足夠的安全儲備，可滿足承載力及延性要求。

5 結(jié)論

該結(jié)構(gòu)屬于超限高層結(jié)構(gòu)，采用了基于性能的抗震設(shè)計方法，對各部位構(gòu)件設(shè)定抗震性能化目標(biāo)，采用多種程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性、彈塑性分析，各項指標(biāo)均表現(xiàn)良好，基本滿足規(guī)范的有關(guān)要求，實現(xiàn)了預(yù)期的性能目標(biāo)。根據(jù)計算分析結(jié)果，對關(guān)鍵、重要構(gòu)件和薄弱部位作了適當(dāng)加強(qiáng)，對受力復(fù)雜的部位進(jìn)行補(bǔ)充分析，以保證在地震作用下的結(jié)構(gòu)承載力和延性，實現(xiàn)了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計思想。