華潤星海灣壹號(hào) 25-1，2，3號(hào)樓超限設(shè)計(jì)

韓光翔 馬芳芳 甄真 高放

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧大連 116021)

1 工程概況

華潤(大連)星海灣壹號(hào)25-1，2，3號(hào)樓位于大連市星海廣場(chǎng)西南側(cè)，三棟樓平面布置完全相同，僅在層數(shù)及建筑高度上有所區(qū)別，分別為 40 層(136.7 m)，38 層(130.1 m)和 36 層(123.5 m)。地下部分為2層地下停車庫及設(shè)備層，層高為4.35 m，3.8 m及2.15 m。建筑效果圖見圖1，結(jié)構(gòu)典型剖面見圖2。

圖1 建筑效果圖

圖2 結(jié)構(gòu)典型剖面圖

2 結(jié)構(gòu)體系與布置

2.1 計(jì)算參數(shù)及上部結(jié)構(gòu)

工程抗震設(shè)防類別為丙類;抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組;場(chǎng)地土類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)特征周期為0.40 s。根據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，多遇地震作用峰值加速度為47 cm/s2，相應(yīng)的水平地震影響系數(shù)最大值為0.11。大連地區(qū)100年一遇的基本風(fēng)壓為0.75 kN/m2，工程場(chǎng)地地面粗糙度類別為A類。工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。

主體采用剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖3。三個(gè)塔樓在地面以上是各自獨(dú)立的，其高度均超過120 m。結(jié)構(gòu)平面尺寸25.2 m × 33.1 m，高寬比約為 5.2 ～ 5.5，剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。

圖3 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程塔樓部分均采用筏板基礎(chǔ)，坐落于中風(fēng)化石英巖板巖互層上。裙房地下室部分采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)。裙房地下室基礎(chǔ)與主塔樓基礎(chǔ)相接處，設(shè)置沉降后澆帶。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

3 結(jié)構(gòu)超限及抗震性能化分析

3.1 超限情況

主樓的地下室頂板比車庫頂板高2.15 m，為了滿足嵌固端的要求，適當(dāng)抬高地下設(shè)備層的地面，將嵌固端取在地下設(shè)備層的地面，并在主樓的地下室頂板設(shè)置1層與主樓脫開的樓板。

因此25-1～3號(hào)樓結(jié)構(gòu)高度分別增加1.2 m，對(duì)照《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)》，本工程均為B級(jí)高度建筑;首層實(shí)際層高達(dá)到6.6 m，首層剛度是上面設(shè)備層剛度的0.52倍。

3.2 性能目標(biāo)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用基于性能化的設(shè)計(jì)思想，構(gòu)件抗震性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)詳見表1。

表1 構(gòu)件抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

構(gòu)件的抗震等級(jí)設(shè)置如下:地下2層剪力墻二級(jí)抗震;地下1層及地下夾層剪力墻一級(jí)抗震;首層剪力墻特一級(jí)抗震;2層到屋面剪力墻一級(jí)抗震。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)

4.1 多遇地震下振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算

計(jì)算軟件采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM系列SATWE軟件和美國CSI公司編制的ETABS軟件。

以25-1號(hào)樓為例的整體計(jì)算主要結(jié)果見表2。

表2 25-1號(hào)樓整體計(jì)算主要結(jié)果

4.2 彈性動(dòng)力時(shí)程分析

以25-1號(hào)樓為例:根據(jù)《抗震規(guī)范》(2008版)要求，本工程彈性動(dòng)力時(shí)程分析選用Ⅱ類場(chǎng)地土測(cè)得S106(PARKFIELD地震波，CALIFORNIA，CHOLAME地震臺(tái)，1966年，峰值加速度193 cm/s2)和L202(SAN FERNANDO地震波，HOLLYWOOD BLVD地震臺(tái)，1971年，峰值加速度263 cm/s2)兩組天然地震波和一組場(chǎng)地人工模擬的場(chǎng)地波。結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，主分量峰值加速度為44.00 cm/s2，次分量峰值加速度為37.40 cm/s2。三組地震時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符，地震影響系數(shù)比較圖見圖4。

圖4 地震影響系數(shù)比較圖

通過對(duì)樓層位移曲線和層間位移角曲線圖形分析，樓層位移變化平緩，表明結(jié)構(gòu)豎向剛度相對(duì)均勻;除頂部幾層外，各條波平均的樓層剪力均不超過振型分解反應(yīng)譜法的結(jié)果。

4.3 中震彈性與中震不屈分析

按照設(shè)計(jì)特征周期0.40 s，水平地震影響系數(shù)最大值為0.23(設(shè)防烈度地震作用)計(jì)算中震作用。

中震彈性驗(yàn)算結(jié)果表明底部加強(qiáng)部位的墻肢滿足中震抗剪彈性的設(shè)計(jì)要求。中震不屈服驗(yàn)算結(jié)果表明底部加強(qiáng)部位的主要墻肢滿足偏拉、偏壓承載力中震不屈服的要求。底部加強(qiáng)區(qū)以外的墻肢同樣可以滿足偏拉、偏壓承載力中震不屈服的要求，墻肢不出現(xiàn)整體受拉的情況。

4.4 靜力彈塑性分析及對(duì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

采用了PKPM程序中的EPDA模塊對(duì)本工程進(jìn)行大震彈塑性靜力計(jì)算分析(PUSH-OVER)。側(cè)推荷載采用CQC分布，側(cè)推荷載總量最大加載到結(jié)構(gòu)總重量的100%，逐步加載非線性分析計(jì)算中不考慮樓板作用。計(jì)算結(jié)果見表3，X，Y向推覆能力譜與需求譜曲線見圖5，圖6。

表3 推覆計(jì)算結(jié)果

圖5 X向能力譜與需求譜曲線圖

圖6 Y向能力譜與需求譜曲線圖

結(jié)果表明:從墻元高斯點(diǎn)破壞及桿端塑性鉸的分布情況看，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)后，首先在墻厚度相對(duì)較小的2層以上連梁端部出現(xiàn)高斯點(diǎn)破壞，大部分塑性鉸出現(xiàn)在外圍墻體連梁上。隨著地震作用的進(jìn)一步加大，連梁及桿端塑性鉸逐漸增加，兩側(cè)外墻連梁塑性鉸增加明顯，轉(zhuǎn)角窗一側(cè)的短墻肢整體出現(xiàn)塑性鉸，部分墻肢出現(xiàn)受拉裂縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到罕遇地震性能控制點(diǎn)時(shí)，連梁破壞比較充分，墻體的塑性鉸破壞以混凝土局部拉壓破壞為主。

4.5 超限設(shè)計(jì)構(gòu)造措施

1)首層的剪力墻按特一級(jí)設(shè)計(jì)，墻的軸壓比控制在0.45，暗柱的配筋率和配箍率按特一級(jí)控制。2)兩側(cè)山墻端部、凸出部位轉(zhuǎn)角節(jié)點(diǎn)處:約束邊緣構(gòu)件上延至軸壓比0.3處，相應(yīng)暗柱加長，配筋率和配箍率加大。3)針對(duì)結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析的結(jié)果，結(jié)構(gòu)在性能控制點(diǎn)出現(xiàn)的墻肢破壞主要集中在底部外圍墻肢及頂部幾層外圍墻肢上，而且基本都為長度較短且分布在洞口兩側(cè)的墻肢，因此設(shè)計(jì)時(shí)在相應(yīng)洞口兩側(cè)墻肢端部埋設(shè)型鋼。4)轉(zhuǎn)角窗處是結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱的部位，其構(gòu)造措施適當(dāng)提高:轉(zhuǎn)角窗兩側(cè)約束邊緣構(gòu)件沿建筑物全高度布置;與轉(zhuǎn)角窗相接的樓板也相應(yīng)加厚，鋼筋雙層雙向通長。

5 結(jié)語

對(duì)超限高層采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)，通過對(duì)超高層復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性、彈塑性分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能目標(biāo)。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取各種針對(duì)性的抗震加強(qiáng)措施，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

［1］徐培福，傅學(xué)怡，王翠坤，等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

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

［3］北京金土木軟件技術(shù)有限公司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.ETABS中文版使用指南［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.