程 柯, 邵劍文, 謝 遼

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310028)

1 工程概況

嘉興金融廣場二期6#地塊位于浙江省嘉興市國際商務(wù)區(qū)核心區(qū)。項(xiàng)目用地位于靠近嘉興南站以及嘉興主要的迎賓大道——南湖大道,東鄰中央公園。建筑總面積149 347m2,地上建筑面積109 675m2,地下建筑面積39 672m2。

地上部分由超高層主樓、高層副樓、多層裙樓組成。建筑效果圖如圖1所示。超高層主樓地上共35層,高度為149.65m;高層副樓地上共10層,高度為43.0m;多層裙樓地上共4層,高度為17.75m;地下室共3層,埋深15m。主樓在23～24層?xùn)|北角設(shè)有范圍10.8m、懸挑跨度達(dá)13.8m的觀景平臺。

圖1 建筑效果圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年,結(jié)構(gòu)安全等級為二級?？拐鹪O(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g,設(shè)計(jì)地震分組第一組,建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。50年一遇基本風(fēng)壓為0.45kN/m2,50年一遇基本雪壓為0.45kN/m2,地面粗糙度B類。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及體系選擇

各典型樓層結(jié)構(gòu)布置平面圖見圖2～5。150m高主樓采用鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。主樓鋼筋混凝土核心筒西側(cè)偏置(圖5),周邊為鋼筋混凝土梁、柱形成的框架。主樓的整體高寬比為4.5,核心筒的高寬比為10.2。底部西南側(cè)為多層裙房,框架結(jié)構(gòu)。副樓位于底部的北側(cè)。裙房、副樓和主樓通過正向或斜向框架梁連接為整體結(jié)構(gòu)。高層副樓通過在東北角、西北角的樓電梯間設(shè)置剪力墻,提高整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。整體建筑為矩形收進(jìn)為L形,再收進(jìn)為小矩形的兩次收進(jìn)大底盤框架-核心筒結(jié)構(gòu)。底層的平面尺寸為78m×90m,收進(jìn)后上部樓層的平面尺寸為32m×50m。

圖2 2層結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 5層結(jié)構(gòu)平面圖

圖4 6～11層典型結(jié)構(gòu)平面圖

圖5 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

圖6 整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2層由于建筑入口設(shè)置要求,且東西入口門廳為兩層通高的大空間,外側(cè)幕墻亦為兩層通高,取消相應(yīng)的框架梁,故2層梁板缺失較多,連接薄弱。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要截面如下:主樓外筒截面厚度550～400mm,中間樓層墻體的厚度向上縮進(jìn),保持Y向東側(cè)墻體的厚度大于Y向西側(cè)墻體厚度50mm。內(nèi)墻厚度300～200mm,副樓剪力墻厚度400～300mm。主樓框架柱截面1 400mm×1 500mm～800mm×800mm,副樓框架柱截面600mm×1 000mm～600mm×800mm,裙房框架柱截面600mm×600mm～700mm×700mm。主樓柱內(nèi)置型鋼升至副樓上兩層樓面,并設(shè)置3層過渡層。副樓西北角剪力墻端柱設(shè)置型鋼,升至裙房上一層樓面。觀景平臺采用兩榀4.2m高的鋼桁架出挑。

4 核心筒偏置主樓及整體結(jié)構(gòu)抗震特性的比較

4.1 結(jié)構(gòu)方案比選

《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(2009)結(jié)構(gòu)(混凝土結(jié)構(gòu)) 》［1］第2.2.4、2.2.6條分別指出:體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的建筑,應(yīng)根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎(chǔ)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素的綜合比較分析,確定是否設(shè)置防震縫。對于是否設(shè)置防震縫的總體傾向是不設(shè)防震縫。不設(shè)縫時(shí),需要仔細(xì)估計(jì)地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等可能導(dǎo)致的不利影響。其中特別指出:國內(nèi)外大地震中相鄰結(jié)構(gòu)碰撞造成的震害十分普遍,主要是設(shè)置的縫寬度不足。地震搖擺使距離過近的結(jié)構(gòu)碰撞,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。近年來,國內(nèi)較多的高層建筑結(jié)構(gòu),采取了有效措施后,不設(shè)或少設(shè)縫,從工程實(shí)踐上看來是可行的、成功的。

本項(xiàng)目如設(shè)置兩道防震縫將主樓、副樓、裙房劃分為三個(gè)獨(dú)立的單體,按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)［2］要求,主、副樓之間縫寬接近200mm,會給建筑立面沿街效果的處理帶來困難;且分縫后各部分作為獨(dú)立單體,裙房中部位置狹小,1～2層中部設(shè)有較大尺寸通高中庭,局部單跨連接薄弱。副樓為L形高層,角部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。主樓核心筒偏置,結(jié)構(gòu)剛心質(zhì)心偏差較大。均屬結(jié)構(gòu)的不利布置,不利于抗震設(shè)計(jì)。

如裙房、副樓和主樓不設(shè)縫而形成整體結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)存在多項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng),如豎向收進(jìn)、塔樓偏置、平面不規(guī)則,形成復(fù)雜超限高層建筑。

針對設(shè)縫和未設(shè)縫兩種結(jié)構(gòu)方案,采用YJK軟件分別對主樓單體和大底盤整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析比較,整體結(jié)構(gòu)三維計(jì)算模型見圖 6。

4.2 考慮偏置核心筒的主樓結(jié)構(gòu)布置

為了更好地考察主樓單體的結(jié)構(gòu)特性及其在地震作用下的反應(yīng),對超高層主樓進(jìn)行單塔計(jì)算,即設(shè)縫后主樓形成獨(dú)立單體的情況。標(biāo)準(zhǔn)層核心筒尺寸14.1m×28.9m,偏向西側(cè),可定義為介于大偏心和小偏心核心筒之間的種類［3］,此類核心筒完全偏向一側(cè),但和框架的連接較多又優(yōu)于大偏心核心筒。

由于核心筒的偏心布置,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度中心往西移動,使結(jié)構(gòu)的西側(cè)剛度相對較大,而東側(cè)剛度相對較小。在框架-核心筒結(jié)構(gòu)中,核心筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件,貢獻(xiàn)了絕大部分剛度,若要調(diào)整結(jié)構(gòu)的整體剛度分布,應(yīng)從核心筒的平面布置入手,設(shè)法減小核心筒西側(cè)的剛度,增大東側(cè)的相對剛度,減小質(zhì)心與剛心之間的偏置距離,從而有效減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

經(jīng)多個(gè)模型計(jì)算分析比較,采取措施如下:增大核心筒西側(cè)Y向墻體的開洞,減少東側(cè)Y向墻體的開洞,同時(shí)增加?xùn)|側(cè)Y向墻體的厚度。主樓單獨(dú)計(jì)算的計(jì)算指標(biāo)如表1所示,主樓單體的前三階振型圖見圖7。

表1 主樓單體和大底盤整體結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)對比

表2 主樓單體和大底盤整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算結(jié)果對比

圖7 主樓單體結(jié)構(gòu)振型圖

從計(jì)算結(jié)果可知,經(jīng)過優(yōu)化布置,主樓單體具有較好的抗扭剛度,周期比和位移比均滿足規(guī)范［2,4］要求。不足的是,Y向平動振型和扭轉(zhuǎn)振型略為混雜,而且Y向剪重比偏小,且偏差較大。由于剪重比嚴(yán)重偏小,主樓Y向墻體剛度需求較大,而受建筑方案所限,已較難加強(qiáng),故設(shè)縫方案中主樓現(xiàn)有布置尚不滿足抗震設(shè)計(jì)要求。

4.3 大底盤整體結(jié)構(gòu)和主樓單體結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果比較

對大底盤整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析,并與主樓單體結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比,主要指標(biāo)見表1、2。1)豎向荷載作用下東側(cè)外框柱軸力,整體計(jì)算時(shí)減少約10%,頂點(diǎn)的水平位移變化不大;2)X向風(fēng)荷載及水平地震作用下核心筒西側(cè)Y向墻體的拉力,整體計(jì)算時(shí)減少10%～20%;3)中震偏拉驗(yàn)算,單獨(dú)計(jì)算時(shí)主樓首層西側(cè)Y向墻體均存在偏拉力,墻平均名義拉應(yīng)力介于0.3ftk～1.1ftk之間(ftk為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值),整體計(jì)算時(shí)主樓首層西側(cè)Y向墻體僅南側(cè)三道墻存在偏拉力,介于0.2ftk～0.9ftk之間,說明整體計(jì)算減小了部分核心筒拉力,優(yōu)化了抗側(cè)力的分布,有利于墻體設(shè)計(jì)。以上均與文獻(xiàn)[5]中受力特點(diǎn)一致。

大底盤整體結(jié)構(gòu)的前三階振型圖見圖8。主樓核心筒在X向偏心布置,對Y向的動力特性影響較大。單體的第二階振型Y向平動摻雜了扭轉(zhuǎn)。整體結(jié)構(gòu)由于裙房、副樓的底盤約束了主樓下部樓層的扭轉(zhuǎn),平動及扭轉(zhuǎn)的振型耦聯(lián)較少,動力特性較好。由計(jì)算指標(biāo)對比可見,整體結(jié)構(gòu)計(jì)算周期及周期比減小,整體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度及抗扭剛度均增大,對抗震有利。

圖8 大底盤整體結(jié)構(gòu)振型圖

X向?qū)娱g位移角增大、剪重比減小是由于裙房高度僅有4層且和主樓連接處洞口較多,連體后裙房僅提供了質(zhì)量而剛度貢獻(xiàn)有限。Y向?qū)娱g位移角減小、剪重比增大是因?yàn)楦睒禽^高且布置了剪力墻,給主樓提供了較大的剛度補(bǔ)充。整體結(jié)構(gòu)僅首層略小于規(guī)范要求的樓層最小地震剪力系數(shù)1.60%。說明結(jié)構(gòu)具備合理的剛度,可按規(guī)范方法調(diào)整樓層地震剪力至滿足要求。同文獻(xiàn)[6]結(jié)論一致,整體計(jì)算中裙房及副樓的樓層位移比較大,原因是副樓屋面以上結(jié)構(gòu)傳遞下來的地震作用遠(yuǎn)大于副樓屋面本身質(zhì)量源產(chǎn)生的地震作用。上部主樓和副樓屋面的質(zhì)心和剛心相距較遠(yuǎn),因此產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)造成角點(diǎn)位移較大。另外,形成整體后平面尺寸增大,造成5%偏心率下質(zhì)剛心偏差更大,從而導(dǎo)致偏心下位移比略大,但與獨(dú)立塔樓方案接近。

4.4 大底盤整體結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

整體結(jié)構(gòu)存在平面、豎向、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。X、Y向5層以上相對5層及以下綜合質(zhì)心分別偏心18.6%、9.7%,11層以上相對11層及以下綜合質(zhì)心分別偏心18.9%、25.3%。6～11層平面呈L形,凸出比例55%。建筑5層和11層平面收進(jìn)部位尺寸縮減相對大于25%。

圖9～11列出了主樓和副樓交接處柱在小震振型分解反應(yīng)譜計(jì)算中,Y向地震作用下的Y向剪力對比,軸號見圖4、5。主樓柱水平剪力減小范圍為48%～76%。統(tǒng)計(jì)收進(jìn)上下樓層主樓范圍內(nèi)墻、柱的剪力和,收進(jìn)上下樓層Y向剪力和由14 410kN減少為10 751kN,減小比率25%。其中主樓范圍內(nèi)框架柱承擔(dān)的Y向剪力和由3 263kN減少為1 609kN,減小幅度51%。可見,主樓柱水平剪力在副樓頂層產(chǎn)生了分布變化,隨著副樓的共同受力,水平剪力進(jìn)行了重分配。軸收進(jìn)處副樓頂層梁彎矩為214kN·m,剪力為122kN。軸收進(jìn)處梁彎矩為323kN·m,剪力為157kN。連接主樓和副樓的框架梁承受了較大的彎矩和剪力,將主樓的地震剪力傳遞至副樓核心筒。

圖9 Y向地震下⑦軸主、副樓交接柱Y向剪力/kN

圖10 Y向地震下軸主、副樓交接柱Y向剪力/kN

圖11 Y向地震下軸主、副樓交接柱Y向剪力/kN

為了明確地震剪力在收進(jìn)層的分配,將收進(jìn)層及上下兩層樓板設(shè)為彈性膜。觀察Y向地震作用下結(jié)構(gòu)的位移變化,整體模型主樓由于質(zhì)心剛心偏置,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)導(dǎo)致東側(cè)位移較大(圖12)。主樓較大的位移傳遞到副樓頂層,副樓的頂層即11層樓板變形協(xié)調(diào),東側(cè)的位移由南至北逐漸減小(圖13)。主樓單體和副樓單體的本層最大層間位移角分別為1/1 622、1/1 788。副樓剛度大于主樓,因此分配了較大的地震剪力。連接處從西到東剛度差異也不盡相同,西側(cè)主樓存在剛度較大的核心筒,因此差異相對較小。東側(cè)為框架柱,剛度差異相對較大,因此,東側(cè)剪力分配給裙房柱的比例也較高(圖9～11)。主樓、副樓連接成為整體,而剛度差異決定了豎向構(gòu)件之間的剪力分配比例。

圖12 Y向地震下整體模型位移/mm

Y向地震作用下11層樓板的應(yīng)力結(jié)果如圖14所示,主、副樓連接處樓板Y向正應(yīng)力最大值1.3MPa小于1.5MPa。說明在多遇地震作用下,該樓層結(jié)構(gòu)樓板承受拉應(yīng)力最大值小于樓板相應(yīng)混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft。樓板能夠保持彈性狀態(tài),可有效傳遞水平地震作用。

圖15 大震彈塑性層間位移角曲線

在設(shè)防烈度地震(中震)作用下整體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜分析結(jié)果表明,副樓西北角剪力墻端柱平均名義拉應(yīng)力介于0.1ftk～1.7ftk之間,需設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力。副樓東北角剪力墻端柱平均名義拉應(yīng)力小于ftk。副樓西北角剪力墻有效約束了L形不利體型的角部扭轉(zhuǎn),因此受力較為不利,需進(jìn)行加強(qiáng)。

由上述計(jì)算分析結(jié)果可知,副樓高度為主樓的28.7%,在整體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了重要的作用。裙房高度為主樓的11.8%,而且裙房為框架結(jié)構(gòu)且自身剛度較弱,由于2層樓板缺失,4、5層和主樓連接薄弱,因此發(fā)揮的作用有限。此結(jié)果也驗(yàn)證了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)［4］(簡稱高規(guī))對底盤高度超過房屋高度20%的結(jié)構(gòu)采取加強(qiáng)措施是合理的［7］。

綜上,不設(shè)縫整體大底盤結(jié)構(gòu)改善了設(shè)縫后單體結(jié)構(gòu)防震縫過寬、剪重比不足、振型混雜等不利之處,具備了更強(qiáng)的抗側(cè)剛度和抗扭剛度,并降低了主樓的剪力墻需求,有利于抗震構(gòu)件設(shè)計(jì),具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

5 整體結(jié)構(gòu)大震性能分析

根據(jù)高規(guī)和《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》,本工程存在多項(xiàng)普通不規(guī)則項(xiàng),因此應(yīng)進(jìn)行大震動力彈塑性分析并評價(jià)其抗震性能。綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)特殊性、建造費(fèi)用、震后損失和修復(fù)難易程度等因素,抗震性能目標(biāo)選用C。關(guān)鍵構(gòu)件為主樓底部加強(qiáng)區(qū)豎向構(gòu)件(1～11層墻柱),副樓1～5層柱及副樓剪力墻、收進(jìn)上下各兩層的周邊豎向構(gòu)件,懸挑桁架,支撐懸挑桁架的框架柱。

采用PKPM-SAUSAGE軟件進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析。剪力墻、樓板采用彈塑性分層殼單元,梁、柱構(gòu)件采用纖維束模型。采用擬模態(tài)阻尼體系,并考慮前10個(gè)模態(tài)阻尼比為5%,主要的整體振型阻尼均已考慮。選取3組大震地震波,其中2組為天然波(TH016TG055、TH033TG055),1組為人工波(RH2TG055)。在波形的選擇上,除符合有效峰值、持續(xù)時(shí)間(有效持續(xù)時(shí)間不小于結(jié)構(gòu)基本周期的5倍)、頻譜特性(平均譜與規(guī)范譜在結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%)等方面的要求外,還應(yīng)滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)對底部剪力方面的相關(guān)要求。

圖 15為層間位移角曲線,圖16為樓層剪力曲線。對結(jié)構(gòu)在各地震波作用下的彈塑性分析整體計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。

圖16 大震彈塑性樓層剪力曲線

(1)大震作用下結(jié)構(gòu)最大頂點(diǎn)位移X向?yàn)?.713m、Y向?yàn)?.548m,相應(yīng)的層間位移角X向?yàn)?.713/149.65=1/209、Y向?yàn)?.548/149.65=1/273,結(jié)構(gòu)最終仍能保持直立,滿足“大震不倒”的設(shè)防要求。

(2)結(jié)構(gòu)在各地震波作用下的最大彈塑性層間位移角X向?yàn)?/151(位于21層)、Y向?yàn)?/154(位于25層),均滿足1/110的規(guī)范限值要求。

(3)當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ訶、Y向?yàn)橹飨驎r(shí),結(jié)構(gòu)大震彈塑性時(shí)程分析底部剪重比為6.3%～9.1%左右,X、Y向彈塑性與彈性底部剪力比值分別為0.64、0.68,在合理范圍內(nèi),說明結(jié)構(gòu)有良好的耗能能力。

(4)結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角曲線除在11層主樓收進(jìn)外總體光滑,幾乎無突變,為框架-核心筒結(jié)構(gòu)典型的彎剪型曲線,說明大震彈塑性下結(jié)構(gòu)沒有明顯的軟弱層和薄弱層出現(xiàn),整體性良好。10層副樓的相對剛度較大,因此產(chǎn)生了明顯的層間位移角及地震剪力曲線突變,而4層裙房的相對剛度較小,并沒有明顯的突變。此結(jié)果與彈性計(jì)算的位移角曲線變化相符。

(5)從RH2TG055沿結(jié)構(gòu)X、Y向作用的基底剪力以及位移時(shí)程曲線對比圖可知,結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段之后出現(xiàn)周期增大、反應(yīng)滯后的現(xiàn)象。從沿X、Y主向作用的能量圖可知,應(yīng)變能約占總能量的35%,附加阻尼比分別為2.9%、3.2%,結(jié)構(gòu)有良好的耗能能力。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性變形的發(fā)展順序是判斷結(jié)構(gòu)抗震性能的重要依據(jù)。在X向的RH2TG055地震波作用下,模型在不同時(shí)刻的塑性損傷分布圖見圖17～19,結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件塑性變形的發(fā)展順序見表3,其中主樓核心筒簡稱墻A,副樓西北角剪力墻簡稱墻B,副樓東北角剪力墻簡稱墻C。重點(diǎn)考察5、11層樓板損傷情況,結(jié)果見圖20、21。

表3 結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件塑性變形的發(fā)展順序

圖17 4.0s時(shí)結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)

圖18 7.0s時(shí)結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)

圖19 20.0s時(shí)結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)

圖20 5層樓板性能水平

圖21 11層樓板性能水平

6 大震動力彈塑性損傷評價(jià)

(1) 結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下,框架柱的性能等級總體為輕微～輕度損壞。主樓和副樓連接處的框架柱均為型鋼混凝土柱,為輕微損壞。支撐懸挑桁架的框架柱都能控制在輕微損壞以下。剪力墻構(gòu)件總體評價(jià)達(dá)到輕微～輕度損壞;樓面梁為輕微～中度損壞;連梁重度損壞。懸挑桁架無損壞,保持彈性狀態(tài);各構(gòu)件的損傷情況符合預(yù)先設(shè)定的抗震性能目標(biāo)。

(2) 結(jié)構(gòu)塑性變形發(fā)展的順序是:連梁→剪力墻墻肢→框架梁→框架柱。具體到單體為副樓西北角連梁先出現(xiàn)損壞且損壞程度最為嚴(yán)重。分析原因?yàn)長形角部墻體控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)作用較為重要,承受了較大地震產(chǎn)生的彎矩及剪力。此處剪力墻的動力彈塑性時(shí)程分析結(jié)果和設(shè)防烈度地震(中震)作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析結(jié)果完全一致。因此采取加強(qiáng)措施,端柱加型鋼、剪力墻加大分布筋配筋率。

(3) 樓板為輕微～輕度損壞,損傷主要集中在主樓核心筒內(nèi)部及周邊洞口旁。副樓頂層和主樓交接處局部樓板,主樓核心筒南側(cè)局部收進(jìn)處樓板出現(xiàn)重度損壞。此兩處構(gòu)件豎向收進(jìn),樓板及梁起到了傳遞水平地震剪力的作用。此處樓板加厚到160mm,配筋加強(qiáng)到12@100。而裙房和主樓交接處的樓板損傷為輕微損傷。樓板的損傷程度不同也驗(yàn)證了裙房和副樓在整體結(jié)構(gòu)地震剪力傳遞中所發(fā)揮的不同作用。

(4) 對主樓單體結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析。在主方向?yàn)閄向的RH2TG055地震波作用下,結(jié)構(gòu)的塑性損傷分布圖見圖22。和整體結(jié)構(gòu)塑性損傷對比,單體結(jié)構(gòu)的下部墻體輕度損傷范圍較大。說明在整體結(jié)構(gòu)中,裙房、副樓有效保護(hù)了主樓的墻肢,減小了損傷范圍。

圖22 主樓單體結(jié)構(gòu)核心筒性能水平

7 加強(qiáng)措施

通過調(diào)整各區(qū)域鋼筋混凝土剪力墻布置和收進(jìn),合理布置整體結(jié)構(gòu)剛度,力求質(zhì)心和剛心接近重合,提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度,以減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

調(diào)整及優(yōu)化結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,確保塔樓結(jié)構(gòu)沿豎向抗側(cè)剛度、承載力相對均勻,沒有軟弱層或薄弱層。抗側(cè)力構(gòu)件截面收進(jìn)與混凝土強(qiáng)度等級變化不在同一層,減小突變。對于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層,嚴(yán)控扭轉(zhuǎn)大的一側(cè)的框架柱的軸壓比和剪壓比,配筋相應(yīng)加強(qiáng)。

提高核心筒延性:控制墻肢在重力荷載代表值下的軸壓比在限值以內(nèi);提高豎向分布筋配筋率;加大約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍;中震下出現(xiàn)小偏心受拉的墻肢,考慮采用特一級構(gòu)造措施,并加強(qiáng)豎向分布筋以承擔(dān)拉力;墻肢平均拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),考慮設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力。

提高框架柱延性:控制小震下框架柱軸壓比在限值以內(nèi)。主樓下部樓層框架柱內(nèi)置型鋼,嚴(yán)格控制構(gòu)件軸壓比。

設(shè)置過渡樓層［8］：底部加強(qiáng)區(qū)以上設(shè)置3層過渡層,此區(qū)域的邊緣構(gòu)件縱筋同約束邊緣構(gòu)件,箍筋介于約束邊緣構(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件之間。

型鋼柱計(jì)算所需標(biāo)高之上3層作為過渡樓層,下部型鋼降低含鋼率向上延伸3層。

針對5、11層大底盤豎向體型收進(jìn)不規(guī)則的抗震加強(qiáng)措施:1) 加強(qiáng)收進(jìn)部位上部樓層剛度,控制收進(jìn)上部樓層的層間位移角突變,盡量控制上部收進(jìn)結(jié)構(gòu)的底部樓層層間位移角不大于相鄰下部區(qū)段最大層間位移的1.15倍;2) 體型收進(jìn)部位上下各兩層主樓周邊豎向構(gòu)件抗震等級提高一級;裙房周邊豎向構(gòu)件加強(qiáng)配筋。性能化設(shè)計(jì)中均按關(guān)鍵構(gòu)件考慮其性能目標(biāo)［9-10］;3) 大底盤頂部樓層(5、11層樓面)板厚加強(qiáng)至150mm,并在計(jì)算中按彈性膜復(fù)核樓板應(yīng)力,加強(qiáng)樓板配筋,上下各一層樓板厚度適當(dāng)加強(qiáng)(4、6、10、12層樓面板厚加強(qiáng)至120mm);4) 將樓電梯間大部分剪力墻延伸至出屋面機(jī)房層的層頂,加強(qiáng)局部小屋面的剛度,主樓內(nèi)低區(qū)電梯剪力墻收進(jìn)位置分別上至12、13層樓面,以減少剛度突變。

構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)時(shí),對大底盤整體結(jié)構(gòu)和主樓單體結(jié)構(gòu)兩個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

8 結(jié)論

(1) 針對核心筒偏置超高層主樓、高層副樓和多層裙房建筑對比設(shè)縫和不設(shè)縫結(jié)構(gòu)方案,經(jīng)優(yōu)選采用不設(shè)縫方案。裙房、副樓和主樓通過正向或斜向框架梁連接為多次收進(jìn)的大底盤結(jié)構(gòu)。

(2) 對大底盤整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析,并與主樓單體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行對比。結(jié)果表明:不設(shè)縫大底盤整體結(jié)構(gòu)改善了設(shè)縫后單體結(jié)構(gòu)防震縫過寬、剪重比不足、由主樓核心筒偏置導(dǎo)致的振型混雜等不利之處,具備了更強(qiáng)的抗側(cè)剛度和抗扭剛度。將水平地震剪力較為均勻地分配在各剪力墻中,并降低了主樓的剪力墻需求。降低了墻體端角部在中震下的名義拉應(yīng)力,減少了剪力墻內(nèi)型鋼的設(shè)置量,具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

(2) 對整體結(jié)構(gòu)地震作用采用動力彈塑性時(shí)程分析,塑性變形發(fā)展的順序是:連梁→剪力墻墻肢→框架梁→框架柱。各構(gòu)件的損傷情況符合預(yù)先設(shè)定的抗震性能目標(biāo)。對于多次收進(jìn)的大底盤結(jié)構(gòu),采取合理措施后在不設(shè)縫的情況下也可滿足整體的性能目標(biāo)。

(3) 對于多次收進(jìn)的大底盤結(jié)構(gòu),收進(jìn)位置的剪力墻為整體結(jié)構(gòu)提供了額外的抗扭和抗側(cè)剛度,分擔(dān)了主樓的地震剪力。因此應(yīng)采取可靠的加強(qiáng)措施。設(shè)防烈度地震(中震)及大震下的計(jì)算結(jié)果均證明了此點(diǎn)。而計(jì)算結(jié)果同時(shí)表明了主樓和大底盤在收進(jìn)部位的水平地震作用通過梁板傳遞。因此,對此處梁、板需采取比一般要求更好的措施以確保地震水平作用的傳遞。