某高層建筑規(guī)則性超限設(shè)計(jì)分析

韓曉飛

（上海天華建筑設(shè)計(jì)有限公司合肥分公司，安徽合肥 230091）

建筑行業(yè)的快速發(fā)展和人們對(duì)美好建筑的訴求，產(chǎn)生了很多體型復(fù)雜的建筑，這一類建筑物高度不高，但體型復(fù)雜會(huì)帶來更多的平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，需要結(jié)構(gòu)通過詳細(xì)計(jì)算分析來實(shí)現(xiàn)。本文通過一個(gè)具體案例來說明其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意的內(nèi)容。

1 工程案例闡述

合肥某商業(yè)樓項(xiàng)目位于合肥市城市核心區(qū)，項(xiàng)目總建筑面積134634m2，地上建筑面積80565m2，地下建筑面積53797m2。地上由一棟高層公寓樓（約22000m2）和一棟商業(yè)樓（約58565m2）組成，高層公寓樓和商業(yè)樓之間設(shè)抗震縫斷開。商業(yè)樓為高層建筑，地上 7 層，局部 10 層，1～10 層層高分別為 6m、5.5m、5.5m、5.4m、5.4m、5.4m、5.4m、3.6m、5.4m、3.6m，總高度 51.3m?；炷林鶆虿贾?，標(biāo)準(zhǔn)跨柱網(wǎng)8.4m×8.4m，在個(gè)別區(qū)域和7～10 層影院區(qū)域抽柱出現(xiàn)較大跨柱距；混凝土墻均勻布置，主要設(shè)置在樓梯和電梯間；樓蓋采用普通鋼筋混凝土梁板體系。合肥地區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度（0.10g），本項(xiàng)目所在場(chǎng)地類別為Ⅱ類，屬于對(duì)抗震一般地段，第一組。

該商業(yè)樓采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在二層商業(yè)和八、十電影院層樓板有效寬度為22%～17%；八、十電影院層樓板開洞面積達(dá)到67%；在八層平面尺寸突然收進(jìn)，收進(jìn)尺寸為相應(yīng)邊長(zhǎng)的31.5%；在八、九、十電影院層出現(xiàn)較多的穿層柱。綜上所述，本工程不規(guī)則項(xiàng)目較多，屬于規(guī)則性超限的高層建筑工程[1]。

2 多遇地震作用下的反應(yīng)譜分析

本工程采用STAWE 進(jìn)行計(jì)算，并采用了midas Building 結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，計(jì)算結(jié)果較為接近，分析對(duì)比結(jié)果詳如表 1、表 2、表 3、表 4 所示。

表1 STAWE 與 midas Building 質(zhì)量按樓層分布（t）

表2 結(jié)構(gòu)周期信息

表3 結(jié)構(gòu)位移計(jì)算

表4 其他結(jié)構(gòu)指標(biāo) 單位：%

3 多遇地震作用下的分析

為了準(zhǔn)確對(duì)彈性分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，選取兩條人工地震波和5 條天然地震波進(jìn)行時(shí)程分析，發(fā)現(xiàn)各條波所得到的層間位移角均在規(guī)范要求內(nèi)，有一些地震波產(chǎn)生的樓層剪力、彎矩略大于反應(yīng)譜法計(jì)算的結(jié)果。典型樓層地震力放大系數(shù)詳表5，按比例放大相關(guān)樓層地震力驗(yàn)算構(gòu)件承載力。

表5 地震力放大系數(shù)

4 中震抗震性能設(shè)計(jì)

中震作用下墻體大部分均為受壓，僅在建筑物角部樓梯處三片墻體出現(xiàn)拉應(yīng)力且拉應(yīng)力較大。根據(jù)超限工程專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)，中震時(shí)出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件應(yīng)采用規(guī)范中規(guī)定的特一級(jí)構(gòu)造且拉應(yīng)力宜設(shè)置型鋼承擔(dān)。本工程在施工圖設(shè)計(jì)階段，將受拉墻體抗震構(gòu)造措施按照特一級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于三片墻采用型鋼施工較復(fù)雜，本工程在特一級(jí)基礎(chǔ)上加大剪力墻和暗柱縱向鋼筋以抵抗拉應(yīng)力。

中震作用下，結(jié)構(gòu)的抗震性能達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。底部加強(qiáng)部位的剪力墻和框架柱、穿層柱、高位收進(jìn)處豎向構(gòu)件抗剪按小震彈性、中震彈性和大震不屈服設(shè)計(jì)，配筋取包絡(luò)值；抗彎按小震彈性、中震不屈服設(shè)計(jì)，配筋取包絡(luò)值。底部加強(qiáng)部位以上的豎向構(gòu)件抗剪按小震彈性、中震彈性設(shè)計(jì)，配筋取包絡(luò)值；抗彎按小震彈性、中震不屈服設(shè)計(jì)，配筋取包絡(luò)值?？蚣苤谥姓饛椥浴⒅姓鸩磺?、大震不屈服作用下計(jì)算配筋與小震彈性差別不大，剪力墻和端柱的抗剪和抗彎計(jì)算配筋均有較大提高。

5 罕遇地震作用下的靜力彈塑性分析

靜力彈塑性分析是結(jié)構(gòu)罕遇地震狀態(tài)下采取的方式，主要是通過結(jié)構(gòu)破損過程和變形能力分析，從而對(duì)結(jié)構(gòu)在大震下的安全性能進(jìn)行驗(yàn)證。通過得出能力譜曲線和需求譜曲線，兩曲線的交點(diǎn)為性能點(diǎn)，根據(jù)性能點(diǎn)確定結(jié)構(gòu)的塑性鉸布置、桿端截面曲率、層間位移及總側(cè)移等信息。

本工程出現(xiàn)性能點(diǎn)推覆的步驟在X、Y 向地震下出現(xiàn)框架塑性鉸狀態(tài)。X 向開裂占比46.3%、屈服占比19.7%；Y 向開裂占比49.8%、屈服占比17.4%?？蚣茔q屈服在框架柱上很少，主要出現(xiàn)的連梁、一部分框架梁、以及與剪力墻順墻搭的框架梁上。剪力墻的應(yīng)變等級(jí)主要為第1 級(jí)彈性狀態(tài)，第2～5 級(jí)占比很小，第3級(jí)為屈服狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)在設(shè)定的目標(biāo)下仍處在承載能力的上升區(qū)段，均屬于能力強(qiáng)化階段，抗震能力較強(qiáng)。結(jié)構(gòu)在性能點(diǎn)的最大層間位移角X向?yàn)?/253、Y 向?yàn)?/211，均符合規(guī)范限值的要求，如圖1、圖2所示。

圖1 X 向靜力彈塑性曲線

圖2 Y 向靜力彈塑性曲線

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于規(guī)則性超限高層建筑，采用兩種程序進(jìn)行計(jì)算比對(duì)，用彈性時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算，中震和大震用性能目標(biāo)設(shè)計(jì)方法，取得了很多有價(jià)值的成果。以上分析為施工設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)，指導(dǎo)施工圖設(shè)計(jì)。