呂潮 張洵

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

在城市用地日益緊張的環(huán)境下，迫切需要提高土地資源的利用效率，近年來，涌現(xiàn)了一大批帶上蓋開發(fā)的車輛段。不同于非上蓋開發(fā)車輛段，在滿足蓋下地鐵車輛段功能需求的同時，還需兼顧上蓋開發(fā)。由此產生了全新的結構形式——全框支剪力墻結構。因首層需滿足地鐵停放需求，層高較大，存在剛度突變、承載力突變、構建間斷、扭轉等不規(guī)則項，屬于超限高層建筑，需要進行專項論證。本文結合實際項目，對全框支剪力墻結構在各地震水準作用下的抗震性能進行分析，針對薄弱部位采取加強措施，確保結構滿足設定的性能目標。

1 工程概況

1.1 基本情況

本項目為粵港澳大灣區(qū)城際線路廣州東至花都天貴工程空港車輛段同步實施工程?？崭圮囕v段為單層車輛基地，其上設置上蓋開發(fā)，項目開發(fā)總平面圖如圖1所示。

圖1 上蓋開發(fā)總平面圖

車輛段首層為地鐵車輛停放、檢修區(qū)，二層為上蓋物業(yè)小汽車庫，三層（即裙房屋面）為上蓋物業(yè)日?；顒訁^(qū)域，如體育、休閑娛樂設施等。本文主要介紹22#~26#，位于車輛基地運用庫區(qū)。22#~26#為高層住宅，總高度95.9m，不設置地下室，首層蓋板標高9m，二層蓋板標高15m，裙樓以上27層，共29層。

1.2 設計參數(shù)

該工程主體結構設計工作年限為50年，安全等級為二級，結構重要性系數(shù)1.0。

結合《建筑結構荷載規(guī)范》[1]（GB50009-2012），該工程的基本風壓為Wo=0.45kN/m2（50年重現(xiàn)期），因建筑高度>60m，承載力計算時取1.1倍的放大系數(shù)。體型系數(shù)取1.4，地面粗糙度類別為C類。舒適度驗算時的風壓為0.30kN/m2（10年重現(xiàn)期）。

根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[2]（JGJ3－2010）（以下簡稱《高規(guī)》），該工程位于廣州白云區(qū)人和鎮(zhèn)，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.05g，場地類別為II類，特征周期為0.35s，建筑抗震設防類別為標準設防類（丙類）。

1.3 結構體系及布置

結合蓋下工藝限界要求，采用全框支-剪力墻結構，轉換層位于二層蓋板，轉換形式為厚板轉換，轉換層結構布置見圖2。

圖2 轉換層結構布置圖

由豎向構件（含框支柱、框架柱）承擔地震荷載及風荷載產生的水平剪力，由框支框架承擔塔樓傾覆彎矩。蓋下主要為兩線跨，垂軌向柱距為13.3m，順軌向柱距為9.9m，框支柱截面為1900mmx1900mm，框支柱混凝土強度C60。轉換厚板厚度為2000mm，混凝土強度C55。剪力墻底部加強區(qū)域墻體厚為250~350mm，上部樓層墻厚度根據(jù)受力計算逐步縮減至200mm，剪力墻混凝土強度C60~C30。

2 超限情況及結構抗震性能設計目標

該工程主屋面高度95.9m<120m，高度不超限。但存在6項不規(guī)則項：（1）構件間斷（厚板轉換）；（2）剛度突變及尺寸突變（多塔）；（3）承載力突變；（4）扭轉不規(guī)則及偏心布置；（5）凹凸不規(guī)則及組合平面；（6）樓板不連續(xù)。

針對以上超限情況，按照國標《高規(guī)》[2]的相關內容，該結構抗震性能目標為C，其中框支框架部分提升至B級，不同地震水準下的結構抗震性能目標及預期的震后性能狀況見表1、表2。

表1 結構抗震性能目標

表2 各性能水準結構預期的震后性能狀況

3 結構分析

3.1 多遇地震作用下彈性分析

為避免單一軟件分析的局限性，分別采用YJK和ETABS對塔樓進行小震彈性分析。經計算對比，兩種軟件的計算結果基本相當，各指標相差不超過10%（除風荷載下層間位移角最大位移角相差12.51%外）。有效質量系數(shù)>95%，計算振型數(shù)足夠。在風荷載和地震作用下，樓層層間位移角均小于1/1000，滿足《高規(guī)》3.7.3要求，該工程層間位移角由風荷載起控制作用。在偶然偏心地震荷載作用下，最大扭轉位移比在1.2~1.5之間。

采用彈性時程分析法對小震作用進行補充計算。選取7組加速度時程曲線，包含5組天然波和2組人工波。選取的時程曲線的地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應譜的地震影響系數(shù)曲線的統(tǒng)計意義相符。各條波的小震時程分析與規(guī)范設計譜計算結果對比如表3所示。

表3 時程曲線與CQC法基底剪力對比表

由表3可知，各條時程曲線計算所得底部剪力均大于振型分解反應譜法計算底部剪力的65%，且各條時程曲線計算所得底部剪力平均值大于振型分解反應譜法計算所得底部剪力的80%。上部部分樓層存在時程分析計算，所得的剪力平均值大于反應譜法計算所得剪力，采用反應譜法計算剪力時，對這些樓層的剪力進行放大。

3.2 設防地震作用下結構驗算

通過設防地震（中震）作用下的結構等效彈性分析，可以得出框支框架、轉換暗梁、轉換厚板等能保證中震彈性，其他構件能保證相應性能水準要求。綜上所述，該工程能夠達到預定的中震性能目標。

3.3 罕遇地震作用下彈塑性分析

采用PKPM-SAUSAGE軟件進行大震作用下的動力彈塑性分析。選取2組天然波和1組人工波，采用雙向地震輸入，主、次方向加速度峰值比為1.00∶0.85。

通過計算，各模型大震彈塑性時程分析所得基底剪力為CQC法小震基底剪力的4.5~7.1倍，其中，X方向平均為5.6倍，Y方向平均為5.4倍，滿足要求。大震彈塑性最大層間位移角在1/445~1/335之間，滿足1/120限制要求。轉換層的X向層間位移角在1/803~1/549之間，轉換層的Y向層間位移角在1/770~1/537之間，轉換構件基本處在彈性階段。

大震作用下的動力彈塑性分析表明，3條地震波作用下結構的塑形損傷情況基本一致，選取X、Y向層間位移角最大的地震波動力彈塑性分析結果進行結構損傷情況描述，如圖3、圖4所示。

圖3 X向作用（最后時刻）的結構損傷情況

圖4 Y向作用（最后時刻）的結構損傷情況

綜合構件損傷情況，分析結果表明：

（1）連梁損壞較嚴重，部分構件甚至達到重度損壞，很好地起到了耗能的作用；

（2）樓板：大部分無損壞，局部為輕微損壞，達到大震下性能水準的要求；

（3）剪力墻：大部分處于無損壞及輕微損壞，局部為輕度及中度損壞；

（4）框架梁：大部分為輕微損壞，其余為無損壞，部分為輕度及中度損壞，可起到耗能的作用；

（5）框支框架：均為輕微損壞，裙樓柱均為輕微損壞，達到大震下性能水準的要求。

4 抗震加強措施

通過計算分析，對結構重要部分、薄弱部位進行加強，并采取相應的抗震構造加強措施，以滿足設定的抗震性能目標。加強措施如下：

（1）增加結構底盤安全度，對框支框架（包括轉換厚板）性能目標加強為B級。

（2）針對首層存在側向剛度突變、承載力突變，首層考慮對薄弱層進行加強，地震作用標準值的剪力乘以增大系數(shù)1.3。保證首層具有足夠的側向剛度，該層層間位移角在設防烈度作用下介于1/2348~1/1829，在罕遇地震下彈塑性位移角介于1/661~1/418?？蛑е刂曝Q向筋配筋率不小于1.2%；箍筋全高加密，體積配箍率不小于1.5%。

（3）控制厚板豎向撓度在準永久組合及中大震下滿足不大于1/500跨度；設計時按一級抗震等級的水平構件放大地震內力，復核轉換層在大震作用下的變形和應力水平，驗證厚板、框支柱構件的安全性，根據(jù)計算結果加強構造措施，驗算厚板在托墻位置處局部承壓，保證大震下厚板轉換層有足夠的安全度。

（4）加強核心筒剪力墻周邊框架梁及連梁，提高核心筒的整體性。加厚核心筒周邊的樓板以及細腰連接處樓板厚度，樓板厚度150mm，采用局部彈性板包絡設計，并采用雙層雙向配筋增強樓板的抗剪承載力及延性，保證水平力能可靠傳遞，提高結構整體性。

5 結束語

本文結合大、中、小震的地震動計算分析結果，并采取相應構造設計，對結構的重要部位、薄弱部位進行針對性地加強，可滿足設定的抗震性能目標。經論證，該工程結構體系選擇恰當，結構布置、構件截面取值合理，結構位移符合規(guī)范要求，剪重比適中，結構具有良好的耗能機制。針對超出規(guī)范限值的情況按規(guī)范要求做出相應的補充分析和加強構造處理，能滿足現(xiàn)行規(guī)范的“小震不壞，中震可修、大震不倒”的抗震設防要求。