泉州某高層商業(yè)辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張恩燦

聯(lián)發(fā)集團(tuán)有限公司（361006）

泉州某高層商業(yè)辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張恩燦

聯(lián)發(fā)集團(tuán)有限公司（361006）

泉州某高層商辦樓存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、豎向尺寸突變、部分框架柱轉(zhuǎn)換等三項(xiàng)不規(guī)則超限問題。針對本樓的超限情況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取了多項(xiàng)措施：框架柱轉(zhuǎn)換位置，豎向尺寸突變位置所在層及相鄰層樓板加厚，轉(zhuǎn)換構(gòu)件增設(shè)型鋼，轉(zhuǎn)換構(gòu)件抗震等級提高一級，剪力墻底部加強(qiáng)部位取1～4層并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震彈性時(shí)程分析，對轉(zhuǎn)換構(gòu)件等關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行中震彈性復(fù)核和大震截面控制條件復(fù)核。結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的性能目標(biāo)。

不規(guī)則；轉(zhuǎn)換牛腿；彈性時(shí)程分析；抗震性能設(shè)計(jì)

1 工程概況

本項(xiàng)目位于泉州石獅市永寧鎮(zhèn)海濱，用地面積28 841.0 m2，總建筑面積約6.7萬m2。其中3#樓為商業(yè)辦公樓，地下1層，地上13層，總建筑面積約2.38萬m2。其中地下1層層高4.55 m，1～2層商業(yè)層高為6 m，其余樓層高為3.3 m，建筑高度為48.75 m。3#樓在轉(zhuǎn)角處設(shè)置變形縫，文章介紹其中的3-2#樓（以下簡稱本樓）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況。本樓主樓樓平面尺寸為 80 m×22.7 m，1～2層商業(yè)帶 1～2跨裙房（平面圖見圖1，裙房外邊與主樓邊最大距離為18.6 m）。為保證1～2層商業(yè)的空間需求，上部主樓局部中跨兩根框架柱在3層樓板位置，通過轉(zhuǎn)換牛腿轉(zhuǎn)換成單根框架柱。因商業(yè)空間要求轉(zhuǎn)換牛腿底部需平整不能變截面。

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，50年一遇的基本風(fēng)壓取w0=0.8 kN/㎡，地面粗糙度為B類，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，抗震設(shè)防烈度8度（0.2 g），設(shè)計(jì)地震分組為二組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.4 s。

圖1 3層平面布置圖（斜線填充部分為裙房）

2 結(jié)構(gòu)超限情況

本樓采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，本樓存在主要不規(guī)則情況如下:1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比1.33大于1.2。2）豎向尺寸突變，本工程3層樓板標(biāo)高處豎向構(gòu)件位置縮進(jìn)尺寸為下部樓層的45%，13層樓板標(biāo)高處豎向構(gòu)件位置縮進(jìn)尺寸為下部樓層44%。3）部分框架柱轉(zhuǎn)換，3層樓板標(biāo)高處部分中跨兩根框架柱通過轉(zhuǎn)換牛腿轉(zhuǎn)換成單根框架柱（轉(zhuǎn)換柱）。根據(jù)建設(shè)部 《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》附件1，本樓屬于規(guī)則性超限高層建筑工程。

3 針對超限采取的措施

圖2 轉(zhuǎn)換牛腿剖面圖

根據(jù)本樓規(guī)則性超限的情況，結(jié)合專項(xiàng)審查專家意見，采取以下加強(qiáng)措施:1）補(bǔ)充多遇地震下的彈性時(shí)程分析，取3條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)普法計(jì)算結(jié)果的較大值進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。2）進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換柱及轉(zhuǎn)換牛腿按中震彈性復(fù)核，轉(zhuǎn)換牛腿應(yīng)滿足大震抗剪截面控制條件。3）轉(zhuǎn)換柱加型鋼做成型鋼混凝土柱，轉(zhuǎn)換牛腿也加設(shè)型鋼（詳圖2），轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換牛腿抗震等級提高一級。4）底部加強(qiáng)部位高度取至五層樓面標(biāo)高處。5）通過適當(dāng)加強(qiáng)邊跨墻柱、邊跨框架梁來提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度。6）因3層樓板標(biāo)高處框架柱轉(zhuǎn)換、豎向構(gòu)件位置縮進(jìn)，3層板厚取150 mm，樓板配筋率0.25%雙層雙向拉通，2層及4層板厚取120 mm，樓板配筋率0.25%雙層雙向拉通；因13層豎向構(gòu)件位置縮進(jìn)，13層及與其相鄰上下層板厚取120 mm，樓板配筋率不小于0.25%雙層雙向拉通。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

4.1 小震作用分析

采用SATWE作為主計(jì)算軟件，同時(shí)用PMSAP軟件進(jìn)行對比分析，用振型分解反應(yīng)普法計(jì)算地震作用。從兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)自振周期、周期比、樓層剪力、剪重比、層間位移角、位移比等指標(biāo)相差不大，且均滿足規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)自振周期第一階模態(tài)為X向平動(dòng)，第二階模態(tài)為Y向平動(dòng)，第三階模態(tài)為扭轉(zhuǎn)。第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值為0.91/1.4=0.65，小于規(guī)范限值0.9；結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/811，滿足規(guī)范限值1/800的要求；結(jié)構(gòu)的X向最大位移比為1.33＜1.5，結(jié)構(gòu)的Y向最大位移比為 1.14＜1.2（本段數(shù)據(jù)均為SATWE計(jì)算結(jié)果）。

補(bǔ)充多遇地震作用下彈性時(shí)程分析，并與振型分解反應(yīng)普法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。彈性時(shí)程分析采用兩條天然波和一條人工波，用SATWE軟件進(jìn)行彈性時(shí)程分析，計(jì)算結(jié)果如表1所示。輸入三條地震波后計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)普法計(jì)算結(jié)果的65%，計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于振型分解反應(yīng)普法計(jì)算結(jié)果的80%，符合規(guī)范對地震波的選用要求。最后取時(shí)程分析結(jié)果包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)普法計(jì)算結(jié)果的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 彈性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果

4.2 中震作用下彈性驗(yàn)算

采用SATWE軟件進(jìn)行中震彈性計(jì)算，中震作用分析結(jié)果表明，型鋼混凝土轉(zhuǎn)換柱和型鋼混凝土轉(zhuǎn)換牛腿的抗震承載力均符合規(guī)范要求，滿足中震彈性的要求。

4.3 大震作用下轉(zhuǎn)換柱帽截面控制條件驗(yàn)算

采用SATWE軟件進(jìn)行大震不屈服計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換牛腿的截面驗(yàn)算，結(jié)果表明型鋼混凝土轉(zhuǎn)換牛腿的抗剪截面滿足大震作用下的要求。

5 結(jié)論

本工程屬于規(guī)則性超限的高層建筑，存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、豎向尺寸突變、部分框架柱轉(zhuǎn)換等多個(gè)不規(guī)則超限問題。根據(jù)本樓不規(guī)則情況，通過小震、中震、大震作用下一系列計(jì)算對比分析，采取了相應(yīng)的抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施及制定適宜的抗震性能目標(biāo)。結(jié)構(gòu)在小震作用下各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，關(guān)鍵構(gòu)件在中震和大震作用下能滿足既定的性能目標(biāo)。

1）小震作用下，采用SATWE和PMSAP兩個(gè)軟件得到的計(jì)算結(jié)果相差不大。周期比、剪重比、剛度比、樓層質(zhì)量參與系數(shù)、層間位移角、位移比、軸壓比等指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。小震作用下，剪力墻、框架柱、轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換柱帽、框架梁、次梁等構(gòu)件的配筋計(jì)算結(jié)果基本在規(guī)范允許的合理范圍，表明構(gòu)件承載力基本滿足規(guī)范要求。

2）中震作用下，通過在轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換牛腿增設(shè)型鋼等措施，經(jīng)計(jì)算分析增設(shè)轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換牛腿抗震承載力均滿足規(guī)范要求，轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換牛腿達(dá)到了中震彈性的性能目標(biāo)。大震作用下，增設(shè)型鋼后的轉(zhuǎn)換牛腿的截面驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，轉(zhuǎn)換牛腿截面滿足大震的截面控制條件。