常州科教城C區(qū)裙房結構設計

宋九祥　沈　偉

(南京長江都市建筑設計股份有限公司，江蘇 南京　210002)

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常州科教城C區(qū)裙房結構設計

宋九祥沈偉

(南京長江都市建筑設計股份有限公司，江蘇 南京210002)

結合常州科教C區(qū)裙房的結構設計現(xiàn)狀，調(diào)整了該結構的剛度，并進行了抗震性能化設計，通過罕遇地震下的Pushover分析表明，該結構的各項抗震性能指標均滿足規(guī)范要求，且可實現(xiàn)大震不倒的目標。

結構設計，抗震性能，剛度，Pushover分析

1　工程概況

項目位于常州市武進區(qū)，主要功能為研發(fā)辦公、商業(yè)。由2層地下室、裙房和2棟塔樓組成，總建筑面積14.7萬m2，地上10.3萬m2，地下4.4萬m2，裙房平面尺寸135 m×114 m，地下平面尺寸174 m×123 m。塔樓和裙房之間設置變形縫，劃分為4個獨立結構單元，A，C區(qū)均為5層，首層層高6.6 m，其余層4.2 m～5.6 m，B區(qū)17層，高70.90 m，D區(qū)24層，高98.20 m，分區(qū)圖及建筑效果圖如圖1所示。典型平面布置圖如圖2，圖3所示。

本工程結構設計基準期50年，安全等級二級，抗震設防烈度7度(0.10g)，設計地震分組第一組，建筑場地類別Ⅲ類，場地特征周期0.45 s。建筑抗震設防分類：丙類?；撅L壓Wo=0.40 kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度B類。

其中C區(qū)裙房典型柱網(wǎng)9.0 m×9.0 m，采用鋼筋混凝土框架結構體系，為存在連接薄弱、扭轉不規(guī)則、平面不規(guī)則、局部穿層柱、樓板不連續(xù)等多項不規(guī)則的復雜建筑，下面將著重對C區(qū)裙房結構設計進行闡述。

2　地基與基礎設計

主樓與裙房之間質(zhì)量、剛度差異較大，設計采取以下措施控制沉降：

1)選擇合理基礎形式，減小差異沉降，基礎平面布置圖見圖4。B區(qū)、D區(qū)塔樓均采用樁筏基礎，其余區(qū)域采用樁基承臺+防水板基礎。利用變剛度調(diào)平概念，塔樓選用500 mm方樁，樁長24 m，承載力特征值2 500 kN，其余區(qū)域選用500 mm管樁，樁長24 m，承載力特征值1 800 kN，兩種樁均以粉砂夾粉質(zhì)粘土層為樁端持力層，地下室區(qū)域樁兼抗拔使用。

2)塔樓與裙房之間設置沉降后澆帶，待主體結構封頂、沉降穩(wěn)定后再進行二次澆筑封閉。

目前該項目已經(jīng)竣工，實測沉降：B塔16.25 mm～17.83 mm，D塔20.63 mm～22.45 mm，裙樓8.66 mm～10.02 mm。塔樓內(nèi)部相鄰柱間差異沉降均不大于2 mm，整體撓度值小于0.02%，沉降后澆帶封閉后，主、裙樓柱間沉降差小于1 mm，整體撓度值小于0.01%，均遠小于規(guī)范[5]限值0.2%，原設計措施是得當?shù)摹?/p>

3　針對不規(guī)則情況的概念設計

C區(qū)裙房為L形不規(guī)則平面，且2層～4層為細腰形連接，如圖2所示。通過調(diào)整結構剛度分布，使得結構位移比不超1.4，同時為保證連接薄弱部位退出工作后各結構單體具備獨立承載能力，設計采用整體模型、去掉細腰連接部位模型、去掉所有連接部位各單塔模型(見圖5)分別進行分析，多模型計算結果包絡設計。

提高弱連接部位及相鄰豎向構件抗震性能目標，按抗彎中震不屈服、抗剪中震彈性控制，延緩整體結構薄弱部位破壞，提高結構整體抗震性能。

躍層柱線剛度較小、計算分擔剪力少，為保證躍層柱在地震作用下的抗震性能，采用以下措施增強其承載力：提高一級抗震等級并將箍筋沿柱全高加密，躍層柱分擔地震剪力不小于樓層所有非躍層柱所承擔地震剪力平均值，采用抗剪中震彈性、抗彎中震不屈服進行配筋設計，同時使躍層柱配筋亦不小于相關范圍非躍層柱配筋。

4　小震彈性分析

小震彈性分析是結構設計的重要部分，結構布置的優(yōu)劣，結構剛度的均勻性在很大程度上決定了結構在中震、大震作用下的性能。本工程采用SATWE軟件對C區(qū)裙房實行多模型對比分析，小震下模型周期、位移如表1～表3所示。

表1　結構周期(一)

整體計算Tt/T1=0.892<0.90，去掉細腰部位計算Tt/T1=0.887<0.90，滿足規(guī)范[3]要求。

表2　結構周期(二)

左單元Tt/T1=0.846<0.90，右單元Tt/T1=0.893<0.90，滿足規(guī)范[3]要求。

所有模型最大層間位移角均滿足規(guī)范[3]1/550限值要求，位移比均不大于1.40。

由以上可知，即便薄弱連接部位退出工作，獨立單體仍然具備獨立承載能力，將按以上模型包絡設計，確保結構安全。

表3　結構位移和位移比

5　小震彈性時程分析

C區(qū)裙房屬特別不規(guī)則結構，本工程進行了多遇地震下的彈性時程分析。選取2條天然波和1條人工波進行計算。3條波的平均譜與規(guī)范譜對比如圖6所示，在主要振型的周期點上，平均譜與規(guī)范譜相差小于20%，滿足抗規(guī)[3]在統(tǒng)計意義上相符的規(guī)定。

圖7為3條波時程分析結果與反應譜結果對比，每條波結構底部剪力均不小于反應譜法的65%，3條波結構底部剪力平均值不小于反應譜法的80%，滿足抗規(guī)[3]要求。計算結果取兩者包絡值，全樓地震力放大系數(shù)取1.09。

6　抗震性能化設計

為保證躍層柱及大跨弱連接部位梁柱具有適宜的承載力、延性和抗震安全儲備，以上構件采用抗剪中震彈性、抗彎中震不屈服進行配筋設計。將地震力影響系數(shù)最大值調(diào)整為0.23，取消組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)；構件的抗震等級為四級。

計算結果表明，上述部位構件在提高一級抗震等級后，按小震下計算配置的抗剪鋼筋基本滿足性能化目標要求，抗彎鋼筋需與中震結果進行包絡設計。

7　罕遇地震下的Pushover分析

為保證結構大震不倒，采用EPDA&PUSH軟件進行了靜力彈塑性Pushover分析。圖8為結構0度方向靜力Pushover曲線(其余方向與此類似)，由圖8可知，大震下基底剪力約為小震的3.0倍，符合概念控制要求。性能點處最大層間位移角1/149，小于規(guī)范限值1/50較多，表明在抗倒塌能力上有較大余地。

8　大跨度框架舒適度驗算

弱連接連廊處跨度18 m，樓面梁高僅900 mm，豎向自振頻率計算[1]：

峰值加速度αp計算[1]：

αp/g=p0e-0.35fn/βw=0.001 28≤α0/g=0.005。

結構舒適度滿足規(guī)范[4]要求。

9　結語

1)通過采用不同剛度樁基礎，設置沉降后澆帶，能有效控制塔樓與裙房間沉降差；2)通過多模型包絡設計，針對薄弱部位采取有效的抗震加強措施，整體結構各項抗震性能指標滿足規(guī)范[3]要求；3)進行小震下彈性時程分析，驗證振型分解反應譜法合理性，計算得到全樓地震力放大系數(shù)為1.09；4)對躍層柱進行性能化設計，并采取一系列加強措施，能保證躍層柱在地震工況下的抗震性能；5)進行大震下Pushover分析，結構可以實現(xiàn)大震不倒，并在抗倒塌能力上有較大余地；6)進行弱連接連廊處舒適度驗算，結構梁豎向自振頻率及峰值加速度均能滿足規(guī)范要求。

[1]傅學怡.實用高層建筑結構設計[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]常州科教城4號樓及5號樓A、C區(qū)裙房抗震專項審查[Z].2011.

[3]GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[4]JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[5]GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

Podium C structure design of Changzhou science and education city project

Song JiuxiangShen Wei

(Nanjing Changjiang Urban Architectural Design Co., Ltd, Nanjing 210002, China)

Combining with podium C structure design status of Changzhou science and education city, the paper adjusts its structural rigidity, and carries out seismic performance design. Through Pushover analysis in rare seismic, it shows that the structural seismic performance indicators meet design demands. Furthermore, it can realize the seismic resisting goal.

structural design, seismic performance, rigidity, Pushover analysis

1009-6825(2016)25-0035-03

2016-06-28

宋九祥(1979- )，男，高級工程師，國家一級注冊結構工程師；

沈偉(1967- )，男，研究員級高級工程師，國家一級注冊結構工程師

TU318

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