某復(fù)雜大型綜合商業(yè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

劉 琦 陸文斌

(中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063)

某復(fù)雜大型綜合商業(yè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

劉 琦 陸文斌

(中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063)

主要對(duì)某復(fù)雜大型綜合商業(yè)建筑的不規(guī)則性進(jìn)行了分析，簡(jiǎn)述了其結(jié)構(gòu)布置形式、相關(guān)特殊抗震措施，通過(guò)兩種軟件計(jì)算分析了其抗震性能，驗(yàn)證了該工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)為類似的工程提供抗震設(shè)計(jì)參考。

復(fù)雜商業(yè)建筑，抗震措施，抗震設(shè)計(jì)

1 概述

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來(lái)城市的商業(yè)建筑功能漸趨復(fù)雜。該類建筑豎向高度未必很高，但由于功能的需求，平面布置凹凸不規(guī)則、大范圍開(kāi)洞、局部挑空躍層、部分柱需設(shè)置轉(zhuǎn)換等建筑抗震設(shè)計(jì)中的不利因素較多出現(xiàn)，時(shí)常會(huì)達(dá)到《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中“特別不規(guī)則”的程度，給建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難。本文結(jié)合工程實(shí)例就該類多層特別不規(guī)則建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)做一些探討。

2 工程概況

本項(xiàng)目為大型綜合商業(yè)建筑?？偨ㄖ娣e為80 896.27 m2，其中地上建筑面積56 825.71 m2，地下建筑面積24 070.56 m2。建筑主體高度21.2 m，地上4層，設(shè)有1層地下室。

本工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年；建筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)；抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)。本工程地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)特征周期0.9 s，屬Ⅳ類場(chǎng)地。結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，多遇地震影響系數(shù)為0.08，罕遇地震影響系數(shù)為0.45。地震作用按7度采用，按8度采取抗震措施。

本項(xiàng)目的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為樓面開(kāi)洞多、局部托柱轉(zhuǎn)換、大跨梁及大跨懸挑梁較多。

3 結(jié)構(gòu)布置

3.1 結(jié)構(gòu)體系選擇

3.2 結(jié)構(gòu)平面布置特點(diǎn)

1)中庭開(kāi)洞：建筑中部設(shè)有通高的中庭，樓板削弱較大，洞間

設(shè)置連通道，寬度約為4.0 m～10.0 m，連接相對(duì)薄弱。

2)影廳開(kāi)洞：南側(cè)單元3層設(shè)置為多間影廳，影廳高度均為2層高，大面積開(kāi)洞造成4層樓板嚴(yán)重不連續(xù)。

3)大跨懸挑、大跨梁：建筑內(nèi)部中庭兩側(cè)走廊根據(jù)建筑效果要求，均采用懸挑結(jié)構(gòu)，一般懸挑長(zhǎng)度約為4.3 m，中廳連通道大跨梁、中廳屋面大跨梁跨度達(dá)到16 m～25 m。局部大跨度梁根據(jù)需要，采用預(yù)應(yīng)力或型鋼混凝土等結(jié)構(gòu)形式。建筑剖面示意圖見(jiàn)圖1。

3.3 地下室及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地下室為一層，層高5.3 m。通過(guò)增加適量均勻布置的剪力墻，使得地下室抗側(cè)剛度(剪切剛度)滿足地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的要求；地下室頂板采用梁板式結(jié)構(gòu)，板厚不小于180 mm，配筋率大于0.25%。

2.堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧，處理好量化評(píng)價(jià)“四個(gè)關(guān)系”。一是“硬件”與“軟件”的關(guān)系。職稱評(píng)審中，學(xué)歷資歷是硬杠杠，評(píng)價(jià)內(nèi)容具體客觀、操作性強(qiáng)，一般掌握得比較嚴(yán)格。相比之下，能力業(yè)績(jī)是軟指標(biāo)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)有一定的難度，且操作彈性較大，導(dǎo)致評(píng)價(jià)容易出現(xiàn)“兩硬、兩軟”現(xiàn)象。為使學(xué)歷資歷和業(yè)績(jī)能力都硬起來(lái)，堅(jiān)決克服論資排輩、求全責(zé)備的思想，堅(jiān)持職稱評(píng)審“三看法”，既看學(xué)歷資歷年限，更看工作能力水平；既看成果“本本”，更看業(yè)績(jī)貢獻(xiàn)；既看缺點(diǎn)和不足，更看優(yōu)勢(shì)和潛力，全方位、多角度去衡量評(píng)價(jià)每一名專業(yè)技術(shù)人員，形成重業(yè)績(jī)、重能力的選拔導(dǎo)向。

本項(xiàng)目采用柱下樁基加防水板的基礎(chǔ)方案。

4 不規(guī)則性分析

4.1 判定依據(jù)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[1]第3.4節(jié)相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定，并參照上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08—9—2013建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程[2]的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則性進(jìn)行判斷。

4.2 判定結(jié)果

1)平面不規(guī)則的判定：a.考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.31，大于1.2，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；b.中廳樓板開(kāi)洞(電影院區(qū)域也有類似問(wèn)題)，Y向有效樓板寬度約為典型樓板寬度的26%，小于50%，屬于樓板局部不連續(xù)。

2)豎向不規(guī)則的判定：樓層局部退臺(tái)及電影院區(qū)域開(kāi)大洞造成了局部的轉(zhuǎn)換柱，屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。

3)其他不規(guī)則：a.局部有跨層柱；b.在一層樓板局部室內(nèi)外相交處，樓板錯(cuò)層高度1.15 m，大于0.6 m；c.出屋面天空?qǐng)@部分為鋼結(jié)構(gòu)，屬于局部混合結(jié)構(gòu)體系。

綜上判定，本項(xiàng)目屬于特別不規(guī)則的多層建筑。其中樓板不連續(xù)的情況較為嚴(yán)重，樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。

5 相關(guān)抗震措施

針對(duì)不同的不規(guī)則形式，本工程采取了下列相應(yīng)的加強(qiáng)措施：

1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件在平面布置中盡量對(duì)稱均勻，避免剛度中心與質(zhì)量中心之間存在過(guò)大的偏離，加強(qiáng)外圍構(gòu)件的剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭性能。適當(dāng)加強(qiáng)受扭轉(zhuǎn)影響較大部位構(gòu)件的強(qiáng)度、延性及配筋構(gòu)造。

2)樓板不連續(xù)：對(duì)薄弱處的連通道進(jìn)行性能設(shè)計(jì)，連通道的框架梁、柱及樓板按滿足中震不屈服的要求設(shè)計(jì)。對(duì)薄弱連接板的剛度、強(qiáng)度均予以構(gòu)造加強(qiáng)。板厚加厚至150 mm，采用雙層雙向配筋，單層單向配筋率加大至約0.3%，充分加強(qiáng)其剛度、強(qiáng)度及延性，防止地震時(shí)連接板過(guò)早過(guò)大屈服，對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用局部彈性樓板(彈性膜)的計(jì)算模型，以考慮薄弱板在平面內(nèi)變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，并得出樓板真實(shí)內(nèi)力及對(duì)周邊構(gòu)件的影響，控制連接板內(nèi)主應(yīng)力滿足“小震不裂、中震不屈服”，即多遇地震作用下板內(nèi)主拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，并將板內(nèi)力放大3倍后進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)；同時(shí)對(duì)中庭間連接處的大跨梁及相關(guān)支承梁、柱采取加大強(qiáng)度、延性的措施，使得該處的抗震耐受力高于其他部位，保證結(jié)構(gòu)的整體安全性。影廳區(qū)域均為2層高，在15.850 m標(biāo)高樓板缺失嚴(yán)重，僅有部分通道板相連，計(jì)算中按實(shí)際開(kāi)洞情況建立計(jì)算模型，此層樓板均按彈性膜定義，構(gòu)造上本層板厚150 mm，配筋雙層雙向并加強(qiáng)。

3)托柱轉(zhuǎn)換構(gòu)件：模型計(jì)算時(shí)將抬柱梁設(shè)置為轉(zhuǎn)換梁同時(shí)將其抗震等級(jí)提高一級(jí)，對(duì)其內(nèi)力進(jìn)行放大。對(duì)重要部位的轉(zhuǎn)換梁、柱采用型鋼混凝土，提高其承載能力及延性。轉(zhuǎn)換構(gòu)件的構(gòu)造措施均提高一級(jí)采用，同時(shí)參考《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]10.2條的相關(guān)要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。

4)跨層柱：重點(diǎn)區(qū)域的跨層柱采用了型鋼混凝土以增加延性。

5)局部錯(cuò)層：在局部錯(cuò)層處適當(dāng)布置剪力墻，同時(shí)對(duì)框架梁采取加腋的措施，以保證水平地震力的傳遞。

6)局部混合結(jié)構(gòu)體系：采用MIDAS程序進(jìn)行空間整體分析，將鋼結(jié)構(gòu)柱對(duì)應(yīng)的下部框架柱設(shè)置為型鋼混凝土柱，并對(duì)型鋼混凝土柱過(guò)渡鋼柱節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加強(qiáng)。

6 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果

6.1 計(jì)算軟件

本工程結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用PKPM SATWE2010及PMSAP2010程序，由中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制。

6.2 主要計(jì)算參數(shù)

1)采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，各振型貢獻(xiàn)按CQC組合。2)彈性時(shí)程分析所取地面運(yùn)動(dòng)最大加速度為35 gal，選取TH-1TG090,TH-2TG090兩條天然地震加速度時(shí)程曲線，及RH1-TG090一條人工加速度時(shí)程曲線，共三條地震加速度時(shí)程曲線。

6.3 主要計(jì)算結(jié)果

SATWE與PMSAP計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。彈性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 SATWE與PMSAP計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表2 彈性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該工程實(shí)例可以看出，在滿足建筑功能需求的同時(shí)，針對(duì)具體工程建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，應(yīng)結(jié)合相關(guān)規(guī)范規(guī)程，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置，并輔以有效的抗震措施，使建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)滿足相關(guān)規(guī)范的要求，并具有較好的抗震性能。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] DGJ 08—9—2013，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 北京金土木軟件技術(shù)有限公司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.SAP2000中文版使用指南[M].第2版.北京：人民交通出版社，2012：480.

Seismic design of a complicated large-scale commercial building

Liu Qi Lu Wenbin

(ChinaShanghaiArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Shanghai200063,China)

This paper mainly analyzes the irregularity of a large-scale commercial overrun architecture, expounds briefly the structural collocation mode and the special seismic measures. Analyzes the performance through the calculation by two software， verified the rationality of the aseismic design and the design could be referred to the similitude engineering project.

complicated commercial architecture， seismic measures， seismic design

2015-05-29

劉 琦(1983- )，男，工程師； 陸文斌(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)22-0042-02

TU352

A