山東外經(jīng)大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張宏偉 周東明 邢 星

(青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山東青島 266071)

1 工程概況

山東外經(jīng)大廈位于嶗山區(qū)李山東路與同安路交匯處，總建筑面積62 209 m2。該項(xiàng)目在地下室連成一體，在地上通過(guò)設(shè)置防震縫及滑動(dòng)支座分為三個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元(見(jiàn)圖1):辦公樓、酒店、獨(dú)立裙房。辦公樓與酒店在11層及12層通過(guò)連廊連接。

圖1 山東外經(jīng)大廈平面圖

該工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．05g，水平地震影響系數(shù)最大值為0．04，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地特征周期取0．4 s。

青島地區(qū)50年一遇基本風(fēng)壓為0．6 kN/m2，地面粗糙度按C類(lèi)考慮;風(fēng)荷載體形系數(shù)取1．4。

2 地基及基礎(chǔ)

本工程以中風(fēng)化花崗巖為基礎(chǔ)持力層，地基承載力特征值為fak=2 000 kPa，塔樓電梯樓梯筒下采用筏板基礎(chǔ)，塔樓框架柱下采用獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板，塔樓剪力墻下采用條形基礎(chǔ);主樓以外基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板的形式。塔樓范圍防水板采用STRAT軟件計(jì)算，根據(jù)有限元分析結(jié)果配筋。

主樓以外區(qū)域抗浮驗(yàn)算不滿(mǎn)足規(guī)范要求，設(shè)置了抗浮錨桿?？垢″^桿在主樓范圍外及裙樓柱軸力影響范圍外均勻設(shè)置，間距2．7 m，錨桿孔徑150 mm，錨筋為2φ25，錨桿入巖深度3 m。

3 結(jié)構(gòu)分析

辦公樓和酒店樓均采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)層平面布置及相對(duì)關(guān)系如圖2所示。

結(jié)構(gòu)分析時(shí)，分別建立單體結(jié)構(gòu)模型計(jì)算:辦公樓與連廊一起建入模型，在與酒店相連位置輸入彈性支座，按計(jì)算所得彈性剛度定義支座剛度;酒店單獨(dú)建立模型，在與連廊相連位置輸入連廊傳來(lái)豎向荷載。分別采用SETWE，ETABS軟件進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果相近，滿(mǎn)足規(guī)范要求。分析結(jié)果如下:

1)采用SETWE，ETABS剛性樓板假定所計(jì)算的自振周期接近，見(jiàn)表1。

表1 自振周期計(jì)算結(jié)果

2)采用SETWE，ETABS剛性樓板假定所計(jì)算的位移角及位移比見(jiàn)表2。

表2 位移角及位移比計(jì)算結(jié)果

3)用PUSHOVER進(jìn)行了靜力彈塑性分析。

以辦公樓為例，通過(guò)推覆分析，得到了辦公樓的能力曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，我們看到結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下能力曲線(xiàn)均能穿越需求譜曲線(xiàn)，在X向和Y向，性能點(diǎn)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)層間位移角分別為1/283，1/330，滿(mǎn)足規(guī)范要求;結(jié)構(gòu)能力曲線(xiàn)光滑飽滿(mǎn)未出現(xiàn)下降段，可以看出結(jié)構(gòu)具有較好的延性，在大震作用下，抗震性能滿(mǎn)足要求。

在推覆過(guò)程中，梁端較快出現(xiàn)塑性狀態(tài)，底部加強(qiáng)區(qū)局部連梁及剪力墻開(kāi)裂，表明需對(duì)底層剪力墻采取加強(qiáng)措施，提高其抗震性能。

4)用EPDA進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性分析，得到了罕遇地震下位移角及在地震下局部樓層的最大位移。

罕遇地震作用下辦公樓及酒店樓X向、Y向最大位移角曲線(xiàn)見(jiàn)圖4，圖5;由圖4，圖5看出，規(guī)范規(guī)定:在罕遇地震作用下，框架—剪力墻彈塑性位移角應(yīng)小于1/100。根據(jù)EPDA的分析結(jié)果可知，滿(mǎn)足規(guī)范要求，能夠保證“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。

圖3 辦公樓能力曲線(xiàn)

圖4 罕遇地震下辦公樓不同方向最大位移角曲線(xiàn)

圖5 罕遇地震下酒店樓不同方向最大位移角曲線(xiàn)

4 防震縫及滑動(dòng)支座設(shè)計(jì)

辦公樓與酒店在11層、12層平面以連廊相接，為降低連體結(jié)構(gòu)自重，連廊采用鋼結(jié)構(gòu)，連廊圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃幕墻;連廊在酒店一側(cè)設(shè)置滑動(dòng)支座，與辦公樓一側(cè)用鉸接連接。

4．1 按相關(guān)規(guī)范規(guī)程估算確定防震縫寬度

1)按JGJ 3-2002高規(guī)第4．3．10條規(guī)定計(jì)算，防震縫寬度為140 mm。

2)由于國(guó)內(nèi)規(guī)范未給出連體結(jié)構(gòu)防震縫在罕遇地震作用下的具體計(jì)算方法，參考IBC2003中第1620．4．5款中提供的方法確定防震縫寬度[3］:小震下辦公樓12層在沿連廊跨度方向的最大位移:Δ1E=10．95 mm。小震下酒店樓12層在沿連廊跨度方向的最大位移:Δ2E=12．54 mm。

根據(jù)如下公式估算:

其中，Δ1為大震作用下辦公樓的最大位移;Δ2為大震作用下酒店樓的最大位移。

系數(shù)2為考慮罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后彈性剛度退化影響，β為大震與小震作用之比。

4．2 EPDA進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性分析，估算防震縫寬度

用EPDA進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性分析，在罕遇地震作用下，求得辦公樓12層的最大位移為96．8 mm;在罕遇地震作用下，求得酒店樓12層的最大位移為125．2 mm。由于最大位移為沿連廊跨度方向和垂直于連廊跨度方向位移的矢量和，偏保守的取沿連廊跨度方向的位移為最大位移。得出滑動(dòng)支座最大位移量為S=96．8+

125．2=222 mm。

4．3 結(jié)論及滑動(dòng)支座設(shè)計(jì)

綜合以上分析，取位移量為233 mm，取防震縫寬度為250 mm。采用聚四氟乙烯滑板式橡膠支座見(jiàn)圖6。

圖6 連廊與酒店樓側(cè)連接示意圖

5 底層層高變化較大

由于建筑功能需要，辦公樓及酒店樓首層及二層層高分別為5．7 m，7 m，以上標(biāo)準(zhǔn)層層高3．5 m，層高相差較多，經(jīng)調(diào)整剪力墻布置及增加下部補(bǔ)償剪力墻后，滿(mǎn)足了規(guī)范剛度比的要求，避免因剛度突變出現(xiàn)豎向不規(guī)則。

基于抗震設(shè)防性能抗震設(shè)計(jì)理念，對(duì)首層及二層框架柱及剪力墻按中震彈性進(jìn)行了設(shè)計(jì)，地震影響系數(shù)取0．11，抗震等級(jí)為四級(jí)。對(duì)底部?jī)蓪迂Q向構(gòu)件采用包絡(luò)設(shè)計(jì)法，取中震彈性及多遇地震計(jì)算配筋的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)，適當(dāng)調(diào)整底部?jī)蓪蛹袅ωQ向鋼筋配筋率，并將框架柱設(shè)置芯柱，保證其延性。設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，除兩根柱需加強(qiáng)外，其余豎向構(gòu)件均按小震設(shè)計(jì)結(jié)果配筋;經(jīng)過(guò)分析，應(yīng)該是由于青島地區(qū)風(fēng)荷載較大(百年一遇取0．7 kN/m2)，且中震計(jì)算時(shí)取消了抗震調(diào)整系數(shù)。

6 嵌固端板標(biāo)高差異處理

本工程以±0．000標(biāo)高地下室頂板作為嵌固端，因±0．000處標(biāo)高差異較大，采用將板有高差處地下室頂板加腋的方法保證水平力的傳遞，做法見(jiàn)圖7。

圖7 嵌固端板標(biāo)高差異處理做法示意圖

7 加強(qiáng)措施

1)根據(jù)高規(guī)要求，提高與連廊相連構(gòu)件的混凝土抗震等級(jí)，框架梁柱為二級(jí)，混凝土墻及連梁為二級(jí)。

2)辦公樓與酒店在連廊層板厚加厚至150 mm，并雙層雙向配筋，內(nèi)力分析時(shí)指定為彈性板。

3)指定連廊所在層為薄弱層。

4)防止連廊大震下脫落，分別計(jì)算了辦公樓及酒店樓罕遇地震下連廊沿跨度方向及垂直于跨度方向的位移，取和計(jì)算位移量。在跨度方向上設(shè)置挑梁長(zhǎng)度為1 m(見(jiàn)圖3)，且大于兩塔樓該層樓板在罕遇地震下位移和;垂直于跨度方向沿挑梁端部設(shè)置次梁并設(shè)置厚板(見(jiàn)圖3)，保證在垂直于跨度方向的位移下連廊不脫落。5)底層層高較高，人為指定首層及二層為薄弱層，并按中震彈性計(jì)算結(jié)果配筋，設(shè)置芯柱。

[1] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S］．

[2] 徐培福．復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005:314-356．

[3] 陳岱林．PKPM結(jié)構(gòu)CAD軟件問(wèn)題解惑及工程應(yīng)用實(shí)例解析[M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008:115-119．