大底盤雙塔商住結(jié)構(gòu)計算及時程分析

張明坤 李健榮 宋方方

（1.中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054；2.中鐵二十局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710016）

1 工程概況

西安市某項目，兩棟34層住宅樓高層建筑及連接兩棟高層的四層商業(yè)裙房組成，地下一層為設(shè)備夾層，地下二層為地下車庫及設(shè)備用房；其中主樓高99.500m，商業(yè)裙房高14.000m,地上4層為商業(yè)，商業(yè)裙房部分層高為3.8m，住宅層高為2.85m,柱網(wǎng)尺寸主要為6.7m×8.4m；主樓和商業(yè)裙房不設(shè)縫，主樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，屬于大底盤多塔結(jié)構(gòu)，平面及立面分別見圖1圖2。

圖1 典型平面示意圖

圖2 立面示意圖

本工程設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設(shè)防烈度為8 度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，地震分組為第二組。場地土類別為Ⅱ類，場地特征周期0.40s，建筑結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，基本風(fēng)壓采用50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓，取0.35kN/m2，地面粗糙度類別B 類。本工程商業(yè)面積不超17000m2，故為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類別。剪力墻、框架柱抗震等級均為一級。主樓剪力墻、連梁混凝土等級C30～C50,墻厚200/250/300，裙房框架柱混凝土等級C50，截面700×700，框架梁、次梁及樓板混凝土等級均為C30。

2 采取的抗震設(shè)計措施及對策

a.采用YJK 結(jié)構(gòu)分析軟件對結(jié)構(gòu)單塔、多塔分別進(jìn)行內(nèi)力和整體計算，對計算結(jié)果進(jìn)行分析對比，保證計算結(jié)果的可靠性。從結(jié)構(gòu)概念設(shè)計、構(gòu)造加強(qiáng)措施等方面著手，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

b.采用彈性時程分析法進(jìn)行多遇地震的補(bǔ)充計算，提高和驗證結(jié)構(gòu)的抗震性能，按彈性時程分析層間剪力和反應(yīng)譜層間剪力的平均值調(diào)整反應(yīng)譜分析構(gòu)件內(nèi)力。

3 多遇地震及風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)分析

3.1 多遇地震主要計算參數(shù)

對全樓強(qiáng)制采用剛性樓板假定計算整體參數(shù)。振型數(shù)取36個，使得振型參與質(zhì)量大于總質(zhì)量的90%；考慮到本工程內(nèi)填充墻很少，且內(nèi)隔墻和建筑外墻均為輕質(zhì)加氣塊，周期折減系數(shù)取0.95。

3.2 多遇地震作用下模型對比分析

YJK整體計算模型及分塔計算模型計算結(jié)果見表1，其中分塔模型采用附帶三跨裙樓結(jié)構(gòu)。

表1 整體與分塔計算結(jié)果參數(shù)對比

從表1中可看出，分塔模型的層間位移比均大于整體模型，這是因為分塔模型采用的附帶三跨裙房，位移比出現(xiàn)在裙房角柱位置，因此位移比應(yīng)采取整體模型為準(zhǔn)，其余參數(shù)相差并不大，均滿足規(guī)范要求。

4 多遇地震彈性時程分析

4.1 彈性時程分析法的目的

為解決高陣型影響，彌補(bǔ)主要適用于加速度反應(yīng)譜的振型分解反應(yīng)譜法對地震速度和位移影響估計的不足，確保復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震安全性，將彈性時程分析法作為振型分解反應(yīng)譜法的一種補(bǔ)充計算方法。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，本工程為復(fù)雜高層建筑，應(yīng)采用彈性時程分析進(jìn)行補(bǔ)充計算。將兩種方法得到的結(jié)構(gòu)底部剪力、樓層剪力和層間位移角進(jìn)行比較，當(dāng)時程分析法大于振型分解反應(yīng)譜法時，對相關(guān)部位的構(gòu)件內(nèi)力和配筋作相應(yīng)的調(diào)整。

4.2 地震波頻譜特性

多遇地震時程分析時地震加速度峰值為70gal，次方向地震加速度峰值取0.85 倍主方向峰值，為59.5gal。本工程共選取了七條加速度時程曲線，其中天然波為5條，人工波為2條，天然波數(shù)量不少于總數(shù)量的2/3。其中Kocaeli,Turkey_NO_1177,Tg(0.40)、Imperial Valley-06_NO_172,Tg(0.39)、Chalfant Valley-02_NO_549,Tg(0.38)、Imperial Valley-06_NO_186,Tg(0.47)、Chi-Chi, Taiwan - 06_NO_3302, Tg(0.44) 為 天 然 波 ，AArtWave -RH3TG040,Tg(0.40)、ArtWave-RH2TG045,Tg(0.45)為人工波。

圖3 平均波主方向反應(yīng)譜曲線

多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符（即多組地震波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點上相差不大于20%），圖3為加速度反應(yīng)譜的平均值與規(guī)范值對比圖，所選地震波滿足規(guī)范要求。

4.3 彈性時程分析結(jié)果

采用整體模型進(jìn)行彈性時程分析，分塔A 地震剪力及層間位移角見下圖4～圖5。

通過上圖對比得出以下結(jié)論：

a.根據(jù)YJK 反應(yīng)譜法、彈性時程分析結(jié)構(gòu)底部剪力對比圖可知，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)基底剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法的65%，七條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)基底剪力的平均值大于振型分解反應(yīng)譜法的80%，地震波的選擇滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4.3.5條規(guī)定。

圖4 反應(yīng)譜法與彈性時程X向地震剪力比較

圖5 反應(yīng)譜法與彈性時程Y向地震剪力比較

b.圖4、5可看出，七條時程曲線計算結(jié)果的平均值均不超過振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果，本工程5層樓層剪力存在“突變”，由于分塔A與分塔B在商業(yè)屋面以下合為一個大底盤，且分塔A與分塔B 主體結(jié)構(gòu)布置完全一致，該層上下側(cè)向剛度并無大的突變，但商業(yè)裙房屋面板對塔樓和大底盤的協(xié)同工作作用明顯，而雙塔之間商業(yè)裙房連接體與塔樓相連的剪力墻外圍柱是保證大底盤與雙塔整體工作的關(guān)鍵構(gòu)件，設(shè)計中應(yīng)采取加強(qiáng)措施。由圖6、7 可知，彈性時程分析與反應(yīng)譜法得到的位移角分布曲線變化規(guī)律基本一致。

圖6 反應(yīng)譜法與彈性時程X向?qū)娱g位移角比較

圖7 反應(yīng)譜法與彈性時程Y向?qū)娱g位移角比較

c.取分塔模型，采用附帶三跨裙樓結(jié)構(gòu)，通過多遇地震下振型分解反應(yīng)譜法與彈性時程分析法進(jìn)行樓層剪力、層間位移角的對比，結(jié)果表明七條時程曲線計算結(jié)果的平均值均不超過振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果，彈性時程分析與反應(yīng)譜法得到的位移角分布曲線變化規(guī)律基本一致。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計加強(qiáng)措施

a.底部加強(qiáng)部位取地上四層，約束邊緣構(gòu)件取地上五層；地上五層框架柱最小配筋率取1.2%。

b.商業(yè)裙房頂板，即五層板厚取150mm，雙層雙向配筋，且配筋率不小于0.25%；四層、六層板厚取120mm，且配筋率不小于0.20%。

6 結(jié)論

a.塔樓和裙房之間主要通過樓板傳遞層剪力，設(shè)計中應(yīng)采取雙塔結(jié)構(gòu)宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算并取內(nèi)力包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計。

b.本工程采用彈性時程分析，結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)取七條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值。

c.雙塔結(jié)構(gòu)裙房樓板及裙房屋面樓板的上下層、雙塔之間裙房連接體與塔樓相連的剪力墻外圍柱設(shè)計中應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

通過以上分析可知，本工程結(jié)構(gòu)布置合理，滿足抗震要求，為類似工程提供設(shè)計方法進(jìn)行參考。