客廳挑空大開(kāi)洞洋房住宅超限結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

陳劍松　單志偉　張遠(yuǎn)華

摘 要：結(jié)合國(guó)家現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和分析軟件，采用性能化設(shè)計(jì)方法，對(duì)客廳挑空大開(kāi)洞洋房住宅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有針對(duì)性的計(jì)算分析。針對(duì)大開(kāi)洞后平面不規(guī)則導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)超限問(wèn)題，提出了有效的解決方案和切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)超限；抗震設(shè)計(jì)；性能化設(shè)計(jì)；地震動(dòng)參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU973.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.122

采用客廳挑空設(shè)計(jì)的躍層洋房戶(hù)型以其靈活的空間改造性和使用面積增益深受廣大購(gòu)房者的青睞。但客廳挑空勢(shì)必會(huì)對(duì)樓層結(jié)構(gòu)板造成較大的損害，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。如何同時(shí)滿(mǎn)足建筑使用功能和結(jié)構(gòu)抗震安全兩方面的需要，無(wú)疑對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提出了更為嚴(yán)格、苛刻的要求。本文結(jié)合某洋房住宅設(shè)計(jì)實(shí)例，采用性能化設(shè)計(jì)方法，對(duì)客廳挑空大開(kāi)洞洋房住宅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有針對(duì)性的計(jì)算分析，并提出了有效的分析方案和切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

1 工程概況

本工程為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為29.7 m，判定為高層結(jié)構(gòu)。由于客廳挑空設(shè)計(jì)，樓板開(kāi)洞較大且平面存在較大凹進(jìn)，其不符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）中的規(guī)定，屬于平面規(guī)則性超限高層建筑。

2 地震動(dòng)參數(shù)及地震作用

2.1 地震動(dòng)參數(shù)

由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）可知，選取小震、中震及大震相對(duì)應(yīng)的地震影響系數(shù)αmax和特征周期Tg分別為0.04 s（0.45 s）、0.12 s（0.45 s）和0.28 s（0.50 s）。

2.2 反應(yīng)譜

本工程小震設(shè)計(jì)以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》提供的小震反應(yīng)譜作為設(shè)計(jì)依據(jù)。并采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線(xiàn)。

2.3 地震效應(yīng)

本工程場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，對(duì)于場(chǎng)地各擬建物的地震效應(yīng)評(píng)價(jià)按不利原則選取地下車(chē)庫(kù)與主體建筑未脫開(kāi)的情況將場(chǎng)地類(lèi)別評(píng)價(jià)為Ⅲ類(lèi)，特征周期0.45 s。

3 抗震性能目標(biāo)

本工程抗震性能目標(biāo)設(shè)定為D級(jí)，即在小震作用下，各構(gòu)件均處于彈性工作階段；在中震作用下，允許墻、柱等關(guān)鍵構(gòu)件開(kāi)裂；在大震作用下，構(gòu)件進(jìn)入塑性工作階段，允許局部破壞。

4 彈性分析

本工程彈性計(jì)算分析軟件分別采用SATWE和MIDAS Building兩種空間分析軟件程序進(jìn)行對(duì)比校核計(jì)算，計(jì)算分析采用整體空間結(jié)構(gòu)模型，梁柱采用空間桿單元、墻采用殼單元。

塔樓X向、Y向的層位移曲線(xiàn)和層位移角曲線(xiàn)如圖1所示。從圖1中可以看出，SATWE與MIDAS兩個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果接近，未發(fā)現(xiàn)異常情況，計(jì)算結(jié)果具有較高的可信程度；X向和Y向的位移及位移角曲線(xiàn)平滑，無(wú)明顯突變段，說(shuō)明結(jié)構(gòu)豎向剛度分布均勻，有利于抵抗地震效應(yīng)；結(jié)構(gòu)最大位移角均小于1/1 000，滿(mǎn)

足規(guī)范要求。

5 彈性時(shí)程反應(yīng)分析

本工程選取了5條天然地震波和2條人工地震波。其所選地震波平均譜與反應(yīng)譜對(duì)比圖如圖2所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算比對(duì)，時(shí)程分析基底剪力最小值與反應(yīng)譜基底剪力比：X向=67.49%，Y向=81.31%；時(shí)程分析基底剪力平均值與反應(yīng)譜基底剪力比：X向=86.69%，Y向=99.26%.

可以判定，選取的七組地震波的平均地震影響系數(shù)曲線(xiàn)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響曲線(xiàn)在統(tǒng)計(jì)意義上相符。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，擬采用振型分解反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)。

6 彈塑性分析

6.1 靜力彈塑性分析

在罕遇地震下，結(jié)構(gòu)彈塑性靜力分析過(guò)程完整而不發(fā)散，其計(jì)算所得的罕遇地震性能點(diǎn)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)層間位移角為1/327（取上述計(jì)算中最大值），約為彈性層間位移角限值（1/1 000）的3倍，小于規(guī)范對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角的限值（1/120）。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性位移滿(mǎn)足《高規(guī)》第3.7.5條要求。在罕遇地震作用下，基礎(chǔ)底面零應(yīng)力區(qū)比例為0.0%<15%，能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)預(yù)期的抗震要求，即大震不倒。剪力墻及連梁在地震作用下起到了關(guān)鍵性的作用，大部分地震能量被耗散，從結(jié)構(gòu)出鉸情況來(lái)看也能充分證明這點(diǎn)。

6.2 動(dòng)力彈塑性分析

通過(guò)對(duì)塔樓進(jìn)行罕遇地震下的動(dòng)力彈塑性及靜力彈塑性通分析，暴露出塔樓主要薄弱部位主要為塔樓樓梯、電梯間出剪力墻和穿層剪力墻，設(shè)計(jì)施工圖時(shí)，將適當(dāng)加強(qiáng)該部位構(gòu)造措施。主要抗側(cè)力構(gòu)件塑性發(fā)育程度有限，雖然部分墻肢屈服，但未破壞，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，將重點(diǎn)加固該部分墻肢。大震作用下塔樓的最大層間位移角滿(mǎn)足規(guī)范要求，并有一定富余，能夠滿(mǎn)足“大震不倒塌”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

7 結(jié)束語(yǔ)

本工程塔樓部分雖然平面均存在不規(guī)則的情況，但通過(guò)采取可靠、有效的加強(qiáng)措施，能夠保證一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)完好無(wú)損，在設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)輕微損壞，在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)中等破壞；關(guān)鍵構(gòu)件在多遇及設(shè)防地震作用下下結(jié)構(gòu)完好無(wú)損，在罕遇地震作用下不屈服。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50068—2001 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB/T 50083—97 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50223—2008 建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]中國(guó)科學(xué)研究院會(huì).GB 50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

〔編輯：王霞〕