朱一凡

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

1 工程概況

杭州地鐵機(jī)場軌道快線工程倉前車輛段上蓋開發(fā)面積476 439 m2，總建筑面積937 103 m2。上蓋建筑主要為小高層住宅。上蓋平臺南北向約1 700 m，東西向約380 m。通過設(shè)置抗震縫將整個平臺分為41 個獨(dú)立的抗震單元。本文選擇B5區(qū)塊作為典型單元進(jìn)行分析。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

B5 區(qū)塊結(jié)構(gòu)長115 m，寬110 m，受地鐵股道和列車檢修工藝的制約，首層采用框架結(jié)構(gòu)，層高為11.0 m，其中，垂軌向柱網(wǎng)典型跨度為12.6 m，順軌向柱網(wǎng)典型跨度為9.0 m；2 層為上蓋住宅用汽車停車庫，結(jié)構(gòu)層高6.0 m，柱網(wǎng)同首層；3 層及以上為4 幢11 層住宅，其中第三層結(jié)構(gòu)層高5.55 m，4～11 層結(jié)構(gòu)層高2.9 m，采用剪力墻結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)總高度為49.55 m。

由于上下建筑、工藝功能的差異使得結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件難以連續(xù)貫通，因此，需在2 層頂部布置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件。轉(zhuǎn)換形式為底部框架+梁式轉(zhuǎn)換+上部剪力墻，首層～3 層模型軸測圖如圖1 所示。

圖1 首層～3 層模型軸測圖

B5 區(qū)首層至3 層結(jié)構(gòu)詳細(xì)信息見表1。

表1 結(jié)構(gòu)層信息

對于多塔結(jié)構(gòu)，應(yīng)按整體模型和分塔模型分別計(jì)算，并采用較不利的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？紤]到B5 區(qū)4 幢住宅塔樓結(jié)構(gòu)布置基本相同，便以其中1#住宅塔樓為例，進(jìn)行分塔模型的分析。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目為全框支剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作年限50 年，抗震設(shè)防烈度為6 度，基礎(chǔ)及首層蓋板抗震設(shè)防分類為乙類，其余為丙類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類?？拐鸬燃墸菏讓?、2 層塔樓下轉(zhuǎn)換框架柱及塔樓外兩跨內(nèi)的框架柱抗震等級為一級，其他框架柱為二級；2 層頂轉(zhuǎn)換框架梁抗震等級為一級；3 層以上剪力墻，底部加強(qiáng)區(qū)為二級，其余為三級。

2.3 超限情況判定

根據(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)》（建質(zhì)[2015]67 號），對本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)超限類型和超限程度進(jìn)行判[1]。判斷如下：

1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：考慮偶然偏心的樓層位移比最大值為1.29，屬于一般不規(guī)則項(xiàng)；

2）剛度突變：首層側(cè)向剛度僅為2 層側(cè)向剛度的68%，屬于一般不規(guī)則項(xiàng)；

3）構(gòu)件間斷：在2 層頂進(jìn)行豎向構(gòu)件的轉(zhuǎn)換，屬于一般不規(guī)則項(xiàng)；

4）塔樓偏置：大底盤存在塔樓偏置情況，屬于嚴(yán)重不規(guī)則項(xiàng)；

5）特殊類型高層建筑：全框支剪力墻結(jié)構(gòu)屬于抗震規(guī)范、高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程暫未列入的其他高層建筑結(jié)構(gòu)[2，3]。

因此，本結(jié)構(gòu)屬于特別不規(guī)則的超限高層建筑工程。

2.4 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

本工程從高度上屬A 級高度小高層建筑，但不規(guī)則項(xiàng)較多且屬于特殊類型高層建筑，因而設(shè)定本結(jié)構(gòu)整體抗震性能目標(biāo)為C 級，即多遇地震下抗震性能水準(zhǔn)為1，設(shè)防地震下抗震性能水準(zhǔn)為3，罕遇地震下抗震性能水準(zhǔn)為4。其中，首層及2 層的轉(zhuǎn)換柱及轉(zhuǎn)換梁要求在小震及中震情況下彈性，大震情況下抗剪彈性、抗彎不屈服。

3 整體計(jì)算分析

3.1 多遇地震反應(yīng)譜分析

采用PKPM（PMSAP）與Midas/Gen 兩個軟件對分塔模型進(jìn)行小震反應(yīng)譜分析，兩種軟件計(jì)算結(jié)果基本一致。單塔模型計(jì)算結(jié)果表明，分塔結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)整體指標(biāo)，如周期比、有效質(zhì)量系數(shù)、層間位移角、剪重比、剛度比、受剪承載力比、位移比等，均滿足規(guī)范要求，小震下單塔計(jì)算結(jié)果對比見表2。

表2 小震下單塔計(jì)算結(jié)果對比

3.2 設(shè)防地震下構(gòu)件驗(yàn)算

本工程中震水平地震影響系數(shù)最大值取0.12，特征周期取0.45 s，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.06，周期折減系數(shù)取0.95。對于首層、2 層轉(zhuǎn)換柱在中震下抗剪、抗彎，按滿足彈性設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行驗(yàn)算；對于3 層、4 層豎向構(gòu)件（底部加強(qiáng)區(qū)）在中震下按滿足抗剪彈性、抗彎不屈服設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行驗(yàn)算；對于首層、2 層普通框架柱，以及5 層及以上豎向構(gòu)件在中震下按滿足抗剪彈性、抗彎不屈服設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果可知，各構(gòu)件滿足以上性能要求。

3.3 罕遇地震作用下的動力彈塑性分析

采用PKPM-SAUSAGE 軟件對本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了罕遇地震下的彈塑性動力時程分析。本工程選取2 條天然波及1 條人工波進(jìn)行結(jié)構(gòu)的罕遇地震彈塑性時程分析，采用雙向地震波輸入，主次方向地震波峰值比為1∶0.85，地震波持續(xù)時間不小于結(jié)構(gòu)第一周期的5～10 倍，主方向地震波峰值為125 cm/s2。

3 條地震波作用下，結(jié)構(gòu)的最大層間彈塑性位移角X 向?yàn)?/240，Y 向?yàn)?/291，滿足規(guī)范限值1/120。結(jié)構(gòu)主承重墻及框架柱基本沒有出現(xiàn)損傷，僅局部出現(xiàn)了輕微損傷，可滿足關(guān)鍵構(gòu)件及普通豎向構(gòu)件的性能目標(biāo)；連梁出現(xiàn)了一部分損壞，起到了耗能效果，滿足耗能構(gòu)件的性能目標(biāo)。1～4 層大震下構(gòu)件性能計(jì)算結(jié)果如圖2 所示。

圖2 1～4 層大震下構(gòu)件性能計(jì)算結(jié)果

3.4 轉(zhuǎn)換框架的有限元分析

采用Midas/FEA 軟件對型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁柱進(jìn)行有限元分析。

計(jì)算選取了塔樓下2 層典型跨進(jìn)行建模，將型鋼與混凝土分別建入模型。其中，轉(zhuǎn)換柱雙向工字鋼鋼骨高1.3 m，翼緣寬0.5 m，鋼材板厚40 mm；轉(zhuǎn)換主梁工字鋼鋼骨高1.7 m，翼緣寬0.3 m，鋼材板厚40 mm；轉(zhuǎn)換次梁工字鋼鋼骨高1.3 m，翼緣寬0.3 m，鋼材板厚40 mm。

剪力墻底荷載采用大震工況下的最大彎矩及最大軸力，同時將樓板傳遞來的荷載用等效均布力施加在梁頂?shù)?D 單元網(wǎng)格面上。轉(zhuǎn)換框架有限元計(jì)算模型如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)換框架有限元計(jì)算模型

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，大震工況下，轉(zhuǎn)換梁最大撓度為5.63 mm，梁、柱型鋼的Von Mises 最大應(yīng)力為86.3 MPa，計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。轉(zhuǎn)換梁及轉(zhuǎn)換柱滿足大震彈性的性能目標(biāo)。

圖4 型鋼Von Mi ses 應(yīng)力（單位：N/mm2）

4 結(jié)語

以杭州地鐵機(jī)場軌道快線倉前車輛基地上蓋項(xiàng)目為工程背景，針對超限情況，設(shè)定本結(jié)構(gòu)整體抗震性能目標(biāo)為C 級。罕遇地震工況下,最大層間位移角滿足規(guī)范限值1/120，同時關(guān)鍵構(gòu)件可滿足性能要求。罕遇地震工況下，轉(zhuǎn)換梁及轉(zhuǎn)換柱承受較大的彎矩及軸力，為滿足大震彈性的性能目標(biāo)，結(jié)構(gòu)方案采用型鋼混凝土梁及型鋼混凝土柱是合理的。