某不規(guī)則框架結(jié)構(gòu)抗震分析研究

焉宇飛

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

1 工程概況

本工程位于啟東市蝶湖新區(qū)，東至蝶湖公園，南至蝶湖公園，西至江海南路，北至黃浦江路。本工程是蝶湖片區(qū)的重要組成部分，立足蝶湖公園西北角，打造匯集五星級(jí)酒店、SOHO辦公、商務(wù)辦公及配套商業(yè)為一體的超高層城市綜合體項(xiàng)目（見圖1）。

圖1 建筑效果圖

主要建設(shè)內(nèi)容包括：兩幢塔樓、裙房和地下室。總用地面積8.2萬(wàn)m2，總建筑面積37.6萬(wàn)m2。塔樓一地上43層，塔樓二地上44層，裙房一地上3層，裙房二地上4層，地下室2層。裙房一以商業(yè)功能為主，裙房二以酒店功能為主。本文對(duì)裙房二進(jìn)行抗震分析研究。

2 結(jié)構(gòu)體系

裙房二采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，抗震設(shè)防類別為乙類（重點(diǎn)設(shè)防類）。嵌固部位設(shè)在地下室頂板，框架抗震等級(jí)為二級(jí)，局部大跨區(qū)域?yàn)橐患?jí)。

裙房與塔樓設(shè)置抗震縫脫開，軸網(wǎng)間距9.0m，裙房二地上4層，層高分別為6.0m、5.8m、6.5m、4.4m。塔樓與裙房共用一個(gè)二層的整體地下室，B1層高6.5m，B2層高4.0m。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及不規(guī)則項(xiàng)判別

3.1 模型建立

采用YJK建立計(jì)算模型進(jìn)行分析（見圖2）。其中，計(jì)算參數(shù)如下：

圖2 結(jié)構(gòu)體系示意

（1）考慮平扭偶聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，控制振型參數(shù)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。

（2）由于各層樓板開洞較多，故整體指標(biāo)計(jì)算及承載力復(fù)核計(jì)算均不強(qiáng)制采用剛性樓板假定。

（3）周期折減系數(shù)取0.70。

（4）風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.3。

（5）水平地震影響系數(shù)最大值取0.08。

（6）地下室樓層的側(cè)向剛度超過相鄰上部樓層側(cè)向剛度的2倍，地下室頂板可作為底部嵌固端。

3.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

結(jié)構(gòu)分析結(jié)果見表1。從表中可見，周期比、位移角滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置基本合理?？紤]偶然偏心后，Y向最大扭轉(zhuǎn)位移比為1.47，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

表1 結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

3.3 結(jié)構(gòu)不規(guī)則判別

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》（GB50011-2010）[1]，進(jìn)行平面及豎向的規(guī)則性判斷[2]。

1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：在具有偶然偏心的規(guī)定水平力作用下，最大扭轉(zhuǎn)位移比為1.47，大于1.4，屬于平面不規(guī)則。

2）凹凸不規(guī)則：結(jié)構(gòu)屋面平面上呈現(xiàn)一個(gè)L字形，水平凸出方向尺寸與相應(yīng)投影方向總尺寸的比為47774/96374=49.5%，大于30%，屬于平面不規(guī)則。

3）樓板局部不連續(xù)：結(jié)構(gòu)在二、三層形成大開洞，有效樓板寬度小于典型寬度的50%，屬于平面不規(guī)則。

4）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：結(jié)構(gòu)在二、三、四層均存在梁上立柱，屬于豎向不規(guī)則。

綜上，本工程具有“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)”共四項(xiàng)一般不規(guī)則項(xiàng)，具有“扭轉(zhuǎn)偏大”一項(xiàng)特別不規(guī)則項(xiàng)，屬于特別不規(guī)則建筑。

4 針對(duì)不規(guī)則項(xiàng)及薄弱部位的抗震設(shè)計(jì)措施

4.1 性能化設(shè)計(jì)要求

穿層柱、轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁、桁架支撐柱等關(guān)鍵構(gòu)件性能化設(shè)計(jì)要求見表2。

表2 關(guān)鍵構(gòu)件性能化設(shè)計(jì)要求

4.2 針對(duì)性抗震設(shè)計(jì)措施

1）抗扭性能加強(qiáng)

針對(duì)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則及凹凸不規(guī)則，采用如下措施提高結(jié)構(gòu)抗扭性能：

（1）結(jié)構(gòu)布置上盡量做到抗側(cè)力構(gòu)件分布與結(jié)構(gòu)平面、立面布置匹配，使結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心盡量一致，并滿足剛度要求。為提高結(jié)構(gòu)平面的抗扭轉(zhuǎn)剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)外圍構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)?，F(xiàn)扭轉(zhuǎn)周期比小于0.90。

（2）計(jì)算時(shí)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》（GB50011-2010）[1]，采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，計(jì)入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，考慮耦聯(lián)影響。

（3）針對(duì)凹凸不規(guī)則，適當(dāng)加強(qiáng)平面轉(zhuǎn)角區(qū)域樓板，適當(dāng)提高樓板的配筋率。

2）對(duì)樓板開大洞部位進(jìn)行加強(qiáng)

結(jié)構(gòu)二、三層樓板有較大開洞，為確保地震作用下樓板能夠可靠有效傳遞地震等水平力，保證結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)性能，適當(dāng)加大薄弱部位的樓板厚度，提高薄弱部位樓板配筋率。

按照全樓彈性樓板假定進(jìn)行設(shè)防地震作用下的樓板應(yīng)力分析。分析結(jié)果表明，除樓板邊界凹角處及洞口周邊尤其在角部外，樓板應(yīng)力分布較小，在恒+活+地震標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的主應(yīng)力均在2.0MPa以下，該部分樓板中震不屈服的性能目標(biāo)配置少量拉通鋼筋即可實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于樓板大開洞、周邊薄弱處及樓凹凸角部，這幾個(gè)區(qū)域樓板應(yīng)力普遍較大，設(shè)計(jì)將采用增加樓板厚度、適當(dāng)提高樓板配筋率、樓板配筋按雙層雙向拉通設(shè)置等措施，保證實(shí)現(xiàn)這些區(qū)域樓板的性能目標(biāo)。

3）關(guān)鍵構(gòu)件計(jì)算及加強(qiáng)措施

（1）對(duì)于穿層柱、轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁，按照設(shè)防地震作用下承載力不屈服的性能要求進(jìn)行計(jì)算（見表3），并采用箍筋全長(zhǎng)加密等加強(qiáng)措施。

表3 設(shè)防地震作用下關(guān)鍵構(gòu)件驗(yàn)算

（2）對(duì)于穿層柱、轉(zhuǎn)換柱，罕遇地震作用下剪壓比計(jì)算均小于1（見表4），滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 罕遇地震作用下關(guān)鍵構(gòu)件剪壓比驗(yàn)算

綜上所述，結(jié)構(gòu)采取以上抗震設(shè)計(jì)及抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施后，該結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震設(shè)防要求。

5 罕遇地震作用下靜力彈塑性分析

本工程為不規(guī)則的多層建筑，應(yīng)采用彈塑性靜力推覆分析法[3]，對(duì)其進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性補(bǔ)充計(jì)算，共進(jìn)行X+向、X-向、Y+向、Y-向四個(gè)方向的推覆驗(yàn)算。

靜力推覆分兩步進(jìn)行加載：第一步為施加重力荷載代表值，并在后續(xù)施加水平荷載過程中考慮其影響，即計(jì)算中考慮了P-Δ效應(yīng)；第二步為逐步施加豎向分布模式為按該方向主振型模態(tài)分布的水平荷載，直至結(jié)構(gòu)達(dá)到終止條件為止。表5列出了罕遇地震作用下靜力彈塑性分析所得的性能點(diǎn)處相關(guān)指標(biāo)。從表中可看出：在罕遇地震作用下，性能點(diǎn)處各層彈塑性位移角最大值小于規(guī)范限值1/50，滿足設(shè)計(jì)要求，可實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

表5 罕遇地震作用下靜力彈塑性分析所得的性能點(diǎn)處相關(guān)指標(biāo)

同時(shí)，在罕遇地震下較多框架梁端出現(xiàn)塑性鉸，較少框架柱出現(xiàn)塑性角，整體結(jié)構(gòu)基本合理，可采用增加受力鋼筋及箍筋來加強(qiáng)柱抗震性能。

6 結(jié)論

本工程裙房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，嵌固部位設(shè)在地下室頂板，框架抗震等級(jí)為二級(jí)，局部大跨區(qū)域?yàn)橐患?jí)。本文對(duì)其進(jìn)行抗震分析研究，主要結(jié)論如下：

（1）結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明，結(jié)構(gòu)周期比、位移角滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置基本合理。

（2）結(jié)構(gòu)具有“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)”共四項(xiàng)一般不規(guī)則項(xiàng)，具有“扭轉(zhuǎn)偏大”一項(xiàng)特別不規(guī)則項(xiàng)，屬于特別不規(guī)則建筑。

（3）通過合理設(shè)定關(guān)鍵構(gòu)件性能化設(shè)計(jì)要求，分別從抗扭性能加強(qiáng)、樓板開大洞部位加強(qiáng)、關(guān)鍵構(gòu)件計(jì)算及加強(qiáng)措施幾個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行專項(xiàng)抗震設(shè)計(jì)措施后，結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震設(shè)防要求。

（4）對(duì)結(jié)構(gòu)在罕遇地震下進(jìn)行彈塑性靜力推覆分析，分析結(jié)果表明，在罕遇地震作用下，性能點(diǎn)處最大層間位移角小于1/50，滿足設(shè)計(jì)要求，可實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。同時(shí)，在罕遇地震下較多框架梁端出現(xiàn)塑性鉸，較少框架柱出現(xiàn)塑性角，整體結(jié)構(gòu)基本合理，可采用增加受力鋼筋及箍筋來加強(qiáng)柱抗震性能。