某醫(yī)院綜合樓超限高層結(jié)構(gòu)概念設(shè)計分析

王小虎

摘 要：對于某超限高層的結(jié)構(gòu)規(guī)則性進行判斷分析，為使結(jié)構(gòu)滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標，在采用多遇地震下常規(guī)設(shè)計方法的同時，采用結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計方法進行補充分析和論證。并對超限高層根據(jù)各個超限情況采取相應(yīng)的抗震加強措施來保證結(jié)構(gòu)的安全性。

關(guān)鍵詞：超限高層；不規(guī)則判定；抗震性能設(shè)計；抗震加強措施

1 工程概況

本工程為蘭州市中醫(yī)醫(yī)院異地重建項目-醫(yī)院綜合樓，位于蘭州市安寧區(qū)。主樓地上17層，裙樓4層（局部5層），地下2層。主要功能為醫(yī)院入口大廳、門診診療用房、醫(yī)療技術(shù)功能用房、病房及辦公用房。裙樓一至四層為門診診療用房，局部五層為學術(shù)報告廳；主樓一至二層主要為住院門廳、藥房及醫(yī)療技術(shù)用房，三層主要為手術(shù)室、重癥監(jiān)護及內(nèi)窺鏡中心，四層主要為血透中心及設(shè)備層，五層為醫(yī)院辦公用房，六層為產(chǎn)科病房，七至十七層為病房。房屋建筑高度為69.85m，平面形狀為矩形，長度為140.40m，寬度68.70m，五層標高18.70m以上Y方向收進46.80m，為體型收進的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。七至十七層X向中間三跨結(jié)構(gòu)取消，形成大底盤雙塔結(jié)構(gòu)。塔樓長58.50m，寬21.90m。

根據(jù)GB 18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，查得該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值0.20g，設(shè)計地震分組為第三組，特征周期為0.45s。

本工程主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防分類為乙類，按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度8度（0.20g）確定地震作用，按9度抗震確定抗震措施。剪力墻抗震等級為一*級，框架抗震等級為一*級。

2 上部結(jié)構(gòu)選型及布置

本工程一至四層平面呈“凸”字形，較為規(guī)則，平面尺寸為140.40[×]68.70m。為盡量保證醫(yī)療功能的完整性、醫(yī)療流線的順暢，結(jié)構(gòu)設(shè)計時將主、裙樓連為一體。采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，樓蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。二至四層門廳上空有23.40x23.70m的樓板開洞，門廳下側(cè)在二、四層形成穿層柱、單邊梁，門廳部位在四層頂部設(shè)報告廳，形成23.40x23.7m大跨度空間，選用型鋼混凝土梁大井字套小十字梁的布置方式，結(jié)構(gòu)計算時大跨度梁考慮豎向地震作用。

3 超限情況判斷

本工程主裙樓連接部位（醫(yī)療走廊）部位由于設(shè)置天井及扶梯，形成四處樓板開洞，有效寬度與相應(yīng)部位房屋寬度比值為41%<50%；裙樓門診天井與中庭上空三處樓板開洞，有效寬度與相應(yīng)部位房屋寬度比值為63%>50%。

本工程豎向在五層平面收進，六層相對五層收進68.12%，且七層以上X向中間部位三跨結(jié)構(gòu)取消形成大底盤雙塔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度及承載力有明顯變化；主樓綜合質(zhì)心相對裙樓綜合質(zhì)心偏心距與底盤相應(yīng)邊長比值為27.8%>20%。

本工程超限判斷依據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》建質(zhì)[2015]67號文中表二～表四規(guī)定，對平面及豎向規(guī)則性進行判斷見表1、2。

通過上表判斷，本工程屬于同時具有表1中四項不規(guī)則及表2中一項不規(guī)則的高層建筑工程。

4 抗震設(shè)防

4.1 抗震性能設(shè)計

針對本工程結(jié)構(gòu)類型及不規(guī)則性判斷的情況，為使結(jié)構(gòu)滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標，在采用多遇地震下常規(guī)設(shè)計方法的同時，采用結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計方法進行補充分析和論證，根據(jù)結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的薄弱部位及需要加強的關(guān)鍵部位，對構(gòu)件的性能目標進行細化，擬確定的性能目標為C級，采取的抗震設(shè)計性能目標的選擇見表3。

4.2 抗震等級

剪力墻抗震等級為一*級，框架抗震等級為一*級；其中雙塔主樓周邊一至七層框架柱及剪力墻、裙房周邊三、四層框架柱及剪力墻抗震等級為特一級；單邊梁及穿層柱抗震等級為特一級，局部單跨框架抗震等級為特一級。

5 超限結(jié)構(gòu)的抗震加強措施

本工程屬于規(guī)則性超限的復(fù)雜高層建筑，在設(shè)計過程中滿足基本設(shè)防目標的基礎(chǔ)上，通過采取如下抗震加強措施，以期實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全可靠。

5.1 采用多種計算軟件進行結(jié)構(gòu)計算分析

（1）利用SATWE、YJK兩種計算軟件，采用大底盤雙塔樓模型和單塔模型分別進行全樓整體計算，并利用YJK軟件進行彈性動力時程分析。

（2）利用YJK進行彈塑性動力時程分析驗算罕遇地震下的結(jié)構(gòu)性能，彈塑性層間位移角最大值為

（X向：1/119<1/100； Y向：1/123<1/100）。

5.2 對大底盤雙塔結(jié)構(gòu)采取的加強措施

（1）采用抗震性能設(shè)計：雙塔主樓周邊一至七層框架柱、剪力墻設(shè)防烈度地震作用下按抗剪彈性、抗彎不屈服設(shè)計，罕遇地震作用下滿足抗剪截面控制條件。

（2）雙塔主樓周邊一至七層框架柱、剪力墻抗震等級提高為特一級。

（3）分塔的首層（第七層）強制指定為薄弱層，將該層地震剪力放大1.25倍。

（4）雙塔底連接部位（六層頂）樓板加厚至150mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.25%。

（5）剪力墻約束邊緣構(gòu)件延伸至分塔部位上一層（七層頂標高）。

5.3 對體型收進結(jié)構(gòu)采取的加強措施

（1）采用抗震性能設(shè)計：裙房周邊三、四層框架柱、剪力墻設(shè)防烈度地震作用下按抗剪彈性、抗彎不屈服設(shè)計，罕遇地震作用下滿足抗剪截面控制條件。

（2）裙房周邊三、四層框架柱、剪力墻抗震等級提高為特一級。

（3）豎向體型收進部位上一層（第五層）強制指定為薄弱層，將該層地震剪力放大1.25倍。

（4）體型收進部位樓板（裙房屋面板）在主樓及其相鄰兩跨范圍內(nèi)板厚不小于150mm，該層其余部位板厚不小于120mm，體型收進部位相鄰上下層樓板厚度不小于120mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.25%。

5.4 對樓板不連續(xù)采取的加強措施

樓板局部開大洞部位周邊樓板加厚至120mm，當洞口周邊剩余的連接板帶小于5m時板厚加厚至150mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.25%；適當提高洞口周邊框架梁縱向鋼筋配筋率。

5.5 對單邊梁及穿層柱采取的加強措施

單邊梁及穿層柱抗震等級提高為特一級，并按中震彈性進行復(fù)核計算，并根據(jù)DB62/T 25—3055—2011《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》第6.7.12～6.7.14條采取加強措施。

5.6 抗震等級

抗震等級為特一級、一*級的框架柱，其配筋構(gòu)造應(yīng)滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.10.2條第2、3款的要求，其中抗震等級為特一級的框架柱應(yīng)設(shè)置芯柱，芯柱總面積不小于框架柱全截面面積的0.5%，箍筋直徑不小于12mm。

6 結(jié)論

本文通過對某超限高層的規(guī)則性分析判斷，針對各個超限類型采取結(jié)構(gòu)加強措施，并按照規(guī)范要求進行了抗震性能設(shè)計，為以后類似的工程提供了方法和手段，做到了結(jié)構(gòu)的安全性和合理性。