楊丹

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

1 工程概況

本項(xiàng)目總建筑面積為98681.27m2，其中地下部分建筑面積22969.22m2。本工程為公建建筑，地下2 層、地上34 層，其中1~3 層為裙房部分，主要功能為商業(yè)；4 層為避難層，5~34 層主要功能為公寓和辦公；地面以上結(jié)構(gòu)總高度為137.90m。地下主要功能為設(shè)備用房、停車庫。建筑立面如圖1 所示。

圖1 建筑立面

根據(jù)相關(guān)要求[1-2]，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要信息如表1 所示。

表1 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本信息

2 結(jié)構(gòu)體系及超限判斷

2.1 結(jié)構(gòu)體系

本工程采用框筒結(jié)構(gòu)形式，核心筒尺寸約為17.6m×19.3m，筒體外壁厚400~700mm。塔樓標(biāo)準(zhǔn)層框架梁截面為400mm×800mm，次梁截面為200mm×800mm 和200mm×500mm。裙房板厚120mm，標(biāo)準(zhǔn)層板厚110mm，核心筒樓面加厚至h＝130mm。

2.2 結(jié)構(gòu)超限類型和程度

本工程結(jié)構(gòu)高137.90m，按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）（簡稱國家《高規(guī)》）第3.3.1 條：Ⅶ度設(shè)防烈度框筒結(jié)構(gòu)對應(yīng)A 級高度適用的最大高度為130m，本工程結(jié)構(gòu)高度137.9m，屬B 級高度超限結(jié)構(gòu)。參照相關(guān)文件[3-4]判斷，本工程存在凹凸不規(guī)則、偏心布置、尺寸突變、個別構(gòu)件轉(zhuǎn)換不規(guī)則，合計3.5 項(xiàng)，屬B 級超限高層建筑。

3 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)本工程的超限情況，確定本工程的性能目標(biāo)等級為C，具體計算依據(jù)國家《高規(guī)》及廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（簡稱省《高規(guī)》）（DBJ/T 15－92—2021）3.11 條所列各水準(zhǔn)的驗(yàn)算公式計算[5]。抗震性能目標(biāo)要求如表2 所示。

表2 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)要求

4 多遇地震分析

4.1 振型分解反應(yīng)譜分析

采用YJK 軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體彈性分析，并且采用STAWE 軟件對結(jié)構(gòu)整體計算指標(biāo)對比分析，如表3所示。

表3 整體計算結(jié)果對比

由表3 可知，兩個軟件計算的周期、振型、地震作用及風(fēng)荷載作用下的最大層間位移角均小于1/650、最大層間位移比基本一致，滿足省《高規(guī)》要求。

4.2 結(jié)構(gòu)的彈性時程分析

在YJK 軟件中對結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震彈性時程分析補(bǔ)充計算，選取1 條人工波和2 條天然波計算。通過數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。

（1）時程分析結(jié)果底部剪力滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）（簡稱《抗規(guī)》）第5.1.2 條要求。

（2）3 條地震波計算包絡(luò)值小于規(guī)范反應(yīng)譜結(jié)果，可見，在彈性階段，結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析結(jié)果起控制作用。

（3）樓層位移曲線光滑無突變，可以看出以彎曲型為主，說明結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度分布較為均勻。

5 結(jié)構(gòu)的中震驗(yàn)算

對結(jié)構(gòu)進(jìn)行中震彈性計算，YJK 軟件計算結(jié)果顯示：豎向構(gòu)件均未出現(xiàn)抗剪配筋超筋的情況，說明豎向構(gòu)件處于抗剪彈性；大部分樓層的連梁出現(xiàn)抗剪超筋的情況，框架柱、框架梁的計算結(jié)果大于多遇地震作用計算結(jié)果，少部分框架梁出現(xiàn)超筋情況，普通剪力墻的約束邊緣構(gòu)件縱筋計算配筋較大，但抗剪截面驗(yàn)算能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求[6]。具體如表4 所示。

表4 構(gòu)件承載力計算結(jié)果

6 樓板應(yīng)力分析

模型結(jié)構(gòu)中2、3、17 層存在樓板大開洞等平面不規(guī)則的情況，為確保中震作用下樓板能可靠地傳遞地震水平力，采用PMSAP 模塊對中2、3、17 層進(jìn)行中震作用下彈性樓板應(yīng)力分析（以2 層0°和90°推覆方向地震作用為例，分別如圖2、圖3 所示），計算結(jié)果表明，各個工況下剪切應(yīng)力和主應(yīng)力較小，剪力墻角交接的地方和樓板開洞邊角處應(yīng)力較大[7]，均不大于4MPa，說明該部位需要加強(qiáng)配筋。從而滿足抗震性能目標(biāo)的要求。

圖2 0°推覆方向地震下剪應(yīng)力

圖3 90°推覆方向地震下剪應(yīng)力

7 大震靜力彈塑性分析

7.1 靜力彈塑性的簡要結(jié)果

Ⅶ度大震下靜力彈塑性分析所得的性能點(diǎn)處相關(guān)指標(biāo)如表5 所示。

表5 靜力彈塑性簡要結(jié)果

大震下靜力彈塑性分析所得的塑性鉸分布如圖4和圖5 所示。

圖4 0°方向大震塑性鉸

圖5 90°方向大震塑性鉸

7.2 主要計算結(jié)果分析

（1）在罕遇地震作用下，X 方向的位移角為1/179，Y 方向的位移角為1/157，性能點(diǎn)處對應(yīng)的各層彈性位移角最大值均滿足國家《高規(guī)》第3.7.5 條1/100 的限值規(guī)定，結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大震抗震設(shè)防目標(biāo)。

（2）加載初期，整體結(jié)構(gòu)中少數(shù)連梁存在損傷，接著少數(shù)剪力墻筒體附近主梁出現(xiàn)受彎塑性鉸，但上述梁均沒有發(fā)生剪切破壞。在性能點(diǎn)處，框架柱未出現(xiàn)塑性鉸，處于不屈服狀態(tài)；底部加強(qiáng)區(qū)范圍少數(shù)幾片墻體出現(xiàn)抗彎損壞，均不是受剪損壞，屬輕微~中等破壞，但破壞未出現(xiàn)連續(xù)發(fā)展的情況。

8 樓蓋振動舒適度驗(yàn)算

樓蓋豎向振動舒適度的相關(guān)要求見國家《高規(guī)》第3.7.7 條，采用Etabs 軟件對該工程裙房的典型樓蓋進(jìn)行了計算分析，表6 為樓蓋結(jié)構(gòu)前三階豎向振動頻率。

表6 樓蓋結(jié)構(gòu)豎向振動頻率

樓蓋結(jié)構(gòu)豎向振動加速度驗(yàn)證如表7 所示。

表7 商場樓層豎向振動加速度計算

表7 計算結(jié)果表明，鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)的自振頻率大于3Hz，其豎向振動峰值加速度不超過0.178m/s2，均滿足有關(guān)規(guī)定。

9 超限處理主要措施

本工程結(jié)構(gòu)高度為137.9m，分析表明，結(jié)構(gòu)基本能滿足抗震性能目標(biāo)要求。本工程存在以下3.5 項(xiàng)超限：①裙房范圍塔樓偏心率大于0.15，通過計算考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)和偏心工況的影響，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。②尺寸突變，外挑大于4m，通過計算豎向地震作用，加強(qiáng)配筋。③加強(qiáng)裙房平面凹凸不規(guī)則處配筋，保證該層樓板大震不屈服。④個別裙房柱不連續(xù)，地震內(nèi)力乘以1.25 的增大系數(shù)，并按轉(zhuǎn)換梁設(shè)計抗震構(gòu)造措施。

框架柱和核心筒剪力墻的設(shè)計按中震不屈服性能目標(biāo)，核心筒角部適當(dāng)加強(qiáng)，嚴(yán)格控制框架柱、剪力墻墻肢軸壓比，增強(qiáng)豎向構(gòu)件在中大震作用下的延性。底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻滿足大震不屈服的抗震性能目標(biāo)。

10 結(jié)語

本工程屬B 級高度超限高層，存在凹凸不規(guī)則、偏心布置、尺寸突變、個別構(gòu)件轉(zhuǎn)換不規(guī)則共3.5 項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，結(jié)構(gòu)體系簡單、體型規(guī)則。針對上述超限情況，從概念設(shè)計出發(fā)，設(shè)定結(jié)構(gòu)的抗震性能化目標(biāo)。采用YJK、STWAE、ETABS 等程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性和彈塑性計算分析，保證結(jié)構(gòu)處于小震彈性，又進(jìn)行了中震、大震下關(guān)鍵構(gòu)件的驗(yàn)算。分析可知，整體結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)良好，基本能夠滿足設(shè)定的抗震性能目標(biāo)和有關(guān)規(guī)范要求，同時適當(dāng)加強(qiáng)關(guān)鍵構(gòu)件，以保證結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件在地震作用下的延性。因此，可以認(rèn)為本工程結(jié)構(gòu)滿足抗震設(shè)防目標(biāo)等級C 的要求。結(jié)構(gòu)是可行且安全的。