某醫(yī)院門診住院綜合樓結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)

郭瑞峰 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230009）

1 工程概況

某醫(yī)院門診住院綜合樓為地上12層，地下1層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)?？偨ㄖ娣e約4.2萬(wàn)㎡，地上建筑面積3.4萬(wàn)㎡，地下建筑面積約8000㎡，建筑總高度50.70m。一至四層主要功能為門急診和醫(yī)技樓，五層及以上主要功能為住院病房。門診大廳為三層通高，裙房為四層且設(shè)有兩處內(nèi)庭院。

本工程抗震設(shè)防烈度6度，重點(diǎn)設(shè)防類，抗震等級(jí)框架三級(jí)，剪力墻二級(jí)?；A(chǔ)等級(jí)為甲級(jí)，采用天然地基，基礎(chǔ)形式采用筏板+下柱墩。為滿足建筑要求，本工程未設(shè)置抗震縫，不規(guī)則項(xiàng)較多，故有必要進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析計(jì)算。

2 結(jié)構(gòu)超限情況

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》有關(guān)規(guī)定，本工程結(jié)構(gòu)超限情況見表1，屬于A級(jí)高度的復(fù)雜高層建筑，存有1項(xiàng)特別不規(guī)則項(xiàng)，3項(xiàng)一般不規(guī)則項(xiàng)。

表1 不規(guī)則項(xiàng)一覽表

圖1 鳥瞰圖

圖2 三層平面布置圖

3 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）第3.10節(jié)、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.11節(jié)為主要依據(jù)，抗震性能總體目標(biāo)定位C級(jí)。

根據(jù)工程實(shí)際情況將底部加強(qiáng)區(qū)上延至四層裙樓頂上一層，即1～5層。將主樓1～5層剪力墻、框架柱和裙樓在主樓周邊范圍內(nèi)的框架柱定為本工程的關(guān)鍵構(gòu)件，其余剪力墻和框架柱定為本工程的普通豎向構(gòu)件，全樓框架梁和剪力墻上的連梁定為本工程的耗能構(gòu)件。

各類構(gòu)件要滿足性能目標(biāo)需達(dá)到的具體設(shè)計(jì)要求見表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)

3.2 多遇地震作用下性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

選用YJK軟件進(jìn)行多遇地震彈性分析計(jì)算，并用Midas Building軟件進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算結(jié)果表明，兩種軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)前三階周期和基底剪力基本一致，層間位移角曲線連續(xù)光滑，樓層剛度變化均勻，均能滿足規(guī)范要求，能夠?qū)崿F(xiàn)多遇地震作用下的抗震性能目標(biāo)。

3.3 設(shè)防地震作用下性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

選用YJK軟件進(jìn)行設(shè)防地震彈性分析計(jì)算，經(jīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下各層層間位移均小于1/400，可達(dá)到抗震性能目標(biāo)要求。

圖3 樓層層間位移角對(duì)比圖

通過(guò)各構(gòu)件的包絡(luò)設(shè)計(jì)，使得各構(gòu)件均可達(dá)到抗震性能化設(shè)計(jì)在設(shè)防地震水準(zhǔn)下的各項(xiàng)要求。

此外，針對(duì)出現(xiàn)拉應(yīng)力的小墻肢，抗震構(gòu)造措施或抗震等級(jí)按特一級(jí)執(zhí)行，嚴(yán)格控制截面的平均拉應(yīng)力不大于1.0ftk，保證設(shè)防地震下墻體的剛度在中震下不會(huì)有較大的退化，具有較好的抗震性能。

3.4 罕遇地震作用下性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

選用YJK-EP軟件進(jìn)行罕遇地震彈塑性時(shí)程分析計(jì)算，選取兩組天然波和一組人工波，采用雙向地震波輸入，主方向地震波峰值為125gal。

3.4.1 頂點(diǎn)位移和基底剪力分析

罕遇地震彈塑性時(shí)程分析結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和結(jié)構(gòu)基底剪力見表4、表5所示，結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大頂點(diǎn)位移為0.124m，X方向的最大彈塑性層間位移角為1/391，Y向的最大彈塑性層間位移角為1/300，均滿足1/100的規(guī)范限值要求。將結(jié)構(gòu)基底剪力彈塑性計(jì)算結(jié)果與彈性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果均在合理范圍內(nèi)，證明計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。

表3 YJK和Midas Building計(jì)算結(jié)果分析、對(duì)比

表4 結(jié)構(gòu)最大頂點(diǎn)位移

表5 結(jié)構(gòu)基底剪力對(duì)比

3.4.2 地震時(shí)程曲線分析

選取結(jié)構(gòu)在人工波R1作用下的大震彈性和大震彈塑性基底剪力時(shí)程曲線和位移時(shí)程曲線，分析可知：

①開始階段，彈性時(shí)程和彈塑性時(shí)程分析的基底剪力和位移基本一致，曲線基本吻合；②隨著地震力加大，部分構(gòu)件（主要為耗能構(gòu)件）屈服，結(jié)構(gòu)剛度退化，阻尼比增加，周期變長(zhǎng)，吸收的地震剪力變小，彈塑性時(shí)程分析的基底剪力逐漸小于彈性時(shí)程；③由t=10秒開始可以看到彈塑性基底剪力到達(dá)峰值的時(shí)間滯后于彈性基底剪力，這表明此時(shí)的結(jié)構(gòu)的剛度已經(jīng)較初始狀態(tài)有較大退化，且差異逐漸增大；④隨著耗能構(gòu)件屈服，阻尼比增加，結(jié)構(gòu)剛度退化，周期變長(zhǎng)，彈塑性頂點(diǎn)位移變小，二者逐漸分離。但彈塑性時(shí)程分析位移較彈性時(shí)程分析位移滯后不多，說(shuō)明結(jié)構(gòu)整體破損相對(duì)較小。

圖4 R1波彈性與彈塑性基底剪力時(shí)程曲線

圖5 R1波彈性與彈塑性頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線

3.4.3 結(jié)構(gòu)損傷情況分析

彈塑性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)構(gòu)損傷情況、抗震性能評(píng)述如下：

①剪力墻、框架柱絕大部分能夠保持完好無(wú)損壞，具有足夠的抗震承載力。僅個(gè)別剪力墻翼墻處小墻肢出現(xiàn)輕微損壞（占比1.38%），見圖6。

圖6 剪力墻、框架柱損傷等級(jí)評(píng)估

②框架梁和連梁出現(xiàn)破損，但破損較輕（輕微損壞～比較嚴(yán)重?fù)p壞合計(jì)約7%，嚴(yán)重?fù)p壞約4%），破損主要集中在高層兩處核心筒連梁處，表明連梁耗能充分，大震作用下能夠起到耗能作用，見圖7。

圖7 框架梁、連梁損傷等級(jí)評(píng)估

③各層剪力墻和框架柱的混凝土、鋼筋應(yīng)變未超出材料極限值，能夠達(dá)到抗剪、抗彎不屈服，能夠滿足所設(shè)定的第4抗震性能水準(zhǔn)的目標(biāo)要求。

4 結(jié)論與建議

綜上，本工程屬于A級(jí)高度的復(fù)雜高層建筑，存在1項(xiàng)特別不規(guī)則項(xiàng)，3項(xiàng)一般不規(guī)則項(xiàng)。在抗震設(shè)計(jì)中，除保證結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下完全處于彈性階段外，還采取多種計(jì)算程序進(jìn)行了彈性、彈塑性計(jì)算，補(bǔ)充了結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震、罕遇地震作用下的抗震性能分析。

結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)表現(xiàn)較為良好，基本能夠滿足規(guī)范要求，能夠滿足既定的抗震性能目標(biāo)。本工程在6度抗震烈度設(shè)防區(qū)進(jìn)行建設(shè)是安全可靠的。