超限建筑裙房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究
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［摘要］以某超高層建筑的東側(cè)裙房為例，介紹了塔樓與裙房之間抗震縫設(shè)置的情況；針對東裙房，介紹了其超限判斷情況及對此類超限建筑制訂的抗震性能目標(biāo)。通過小震、中震、大震的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱位置，根據(jù)不同位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件制訂不同的性能水準(zhǔn)滿足既定抗震性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對某些抗震不利位置，如大跨度框架、大懸挑位置支撐柱、大全懸挑梁、越層柱及穿層柱等均提高其抗震性能目標(biāo)。對結(jié)構(gòu)整體計(jì)算參數(shù)中的周期、位移角、樓層剛度比、框架承擔(dān)的地震傾覆彎矩比等參數(shù)均做了比較詳細(xì)的介紹。同時對5層電影院樓板不連續(xù)位置做了應(yīng)力分析。對以后此類超限結(jié)構(gòu)工程具有一定的參考價值。
［關(guān)鍵詞］超限；性能目標(biāo)；大懸挑大跨度；大震不屈服
1工程概況
本工程為某文化藝術(shù)中心三館二期項(xiàng)目，位于濟(jì)南西部城區(qū)的核心區(qū)域，一期為美術(shù)館、圖書館、群藝館。二期為公共及配套設(shè)施。二期項(xiàng)目總占地面積46500m2，總建筑面積215023m2，包括1座高層塔樓及裙房和2層地下室，塔樓地上34層，建筑功能為商務(wù)辦公、五星級酒店；裙房地上6層，高度40m，建筑功能為書城、商業(yè)綜合體；地下2層為地下車庫及設(shè)備用房。東西裙房之間±0.000及以上采用雙柱設(shè)結(jié)構(gòu)永久縫，主塔樓與西裙房之間不設(shè)永久縫，為滿足建筑功能要求，下部為整體地下室，不設(shè)永久縫。主塔樓采用混凝土框架–核心筒結(jié)構(gòu)。東側(cè)裙房采用混凝土框架–剪力墻結(jié)構(gòu)。
2超限情況判別
2.1結(jié)構(gòu)設(shè)縫情況
東西裙房之間根據(jù)建筑功能要求，設(shè)置一道抗震縫。建筑首層平面及抗震縫設(shè)置如圖1所示。
2.2不規(guī)則情況
東裙房超限判別，見表1，同時具有表1所列3項(xiàng)及3項(xiàng)以上不規(guī)則的高層建筑工程即為超限高層建筑。從表1中可以看出，本工程滿足3項(xiàng)不規(guī)則的要求，需要進(jìn)行超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。
2.3結(jié)構(gòu)體系
東側(cè)裙房抗震設(shè)防類別為乙類，安全等級一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。東裙房采用框架–剪力墻結(jié)構(gòu)；剪力墻抗震等級為一級，框架抗震等級為二級。地下1層相關(guān)范圍（裙房與主樓的相關(guān)范圍：從主樓和裙房周邊外延3跨且不小于20m）的抗震等級同上部結(jié)構(gòu)；超出地下室相關(guān)范圍的抗震等級為三級。結(jié)構(gòu)南側(cè)臨空，采用嵌固端分別位于±0.000和地下1層底的包絡(luò)設(shè)計(jì)，±0.000以下不設(shè)縫，有利于保持超高層結(jié)構(gòu)嵌固端的整體性，且便于使用與維護(hù)，同時避免地下室外墻防水因分縫造成的不利。
3結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)選取
3.1性能目標(biāo)定義
超限建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震性能設(shè)計(jì)著重于通過現(xiàn)有手段（計(jì)算措施及構(gòu)造措施），采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的方法，解決工程設(shè)計(jì)中的復(fù)雜技術(shù)問題?？拐鹦阅茉O(shè)計(jì)的基本思路是“高延性、低彈性承載力”或“低延性、高彈性承載力”。JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中，將結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)分為A,B,C,D等4個等級；抗震性能分為1,2,3,4,5等5個水準(zhǔn)。這4個性能目標(biāo)的結(jié)構(gòu)，在小震下均滿足1的性能水準(zhǔn)，即滿足彈性設(shè)計(jì)要求。但在中震或大震情況下，4個性能目標(biāo)所要求的抗震性能水準(zhǔn)有較大差別。A級是最高等級性能目標(biāo)，中震下滿足1的性能水準(zhǔn)，即滿足彈性，大震下滿足2的性能水準(zhǔn)，即仍基本處于彈性。B級要求在中震下滿足2性能水準(zhǔn)，即基本處于彈性，大震下滿足3性能水準(zhǔn)，即有輕度損壞。C級到D級對性能水準(zhǔn)的要求逐級降低。本工程在設(shè)計(jì)時，西塔樓及東裙房整體均按性能目標(biāo)C級設(shè)計(jì)。對局部大跨度、大懸挑、躍層柱及穿層柱等關(guān)鍵構(gòu)件相應(yīng)提高其性能目標(biāo)。
3.2構(gòu)件類別定義及性能狀況
根據(jù)JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》性能目標(biāo)C的要求，要在小震、中震及大震下滿足1,3,4的性能水準(zhǔn)，分別對關(guān)鍵構(gòu)件、部分豎向構(gòu)件及耗能構(gòu)件提出不同的承載力要求。東側(cè)裙房性能目標(biāo)見表2。
4整體計(jì)算分析
4.1動力特性分析
考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時的振動周期（s）、x,y方向的平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)見表3。由表3可知，結(jié)構(gòu)第一振型為y向平動振型，第二振型為x向平動振型，T2/T1=0.99>0.8；結(jié)構(gòu)第三振型為扭轉(zhuǎn)主振型，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期/平動為主的第一自振周期Tt/T1=0.82<0.9，不屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
4.2層間位移角與扭轉(zhuǎn)位移比
地震作用下的樓層最大位移：小震作用下最大層間位移角，產(chǎn)生于第3層，x,y方向?qū)娱g位移角分別為1/1215,1/1184，小于1/800滿足規(guī)范要求。風(fēng)荷載作用下的樓層最大位移角遠(yuǎn)小于規(guī)范值。本工程屬于地震控制工況，且結(jié)構(gòu)樓層層位移比、層間位移比均不大于1.20，不屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
4.3樓層剛度比
樓層剛度比見表4。表4中，Ratx,Raty指x,y方向本層塔側(cè)移剛度與下一層相應(yīng)塔側(cè)移剪切剛度的比值；Ratx1，Raty1代表x,y方向本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值或上3層平均側(cè)移剛度80%的比值中較小者。從表4中可以看出各層剛度比值較為接近，結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)薄弱層。
4.4框架承擔(dān)的地震傾覆彎矩
結(jié)構(gòu)中框架或短肢剪力墻承擔(dān)的傾覆力矩信息見表5。表5中，Mov為結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩，Mc為框架部分承擔(dān)的傾覆力矩。由表5可見，首層剪力墻承擔(dān)的地震傾覆彎矩，x方向、y方向均大于50%且小于80%，東裙房屬于典型的框架–剪力墻結(jié)構(gòu)。
5特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)計(jì)算的5層樓板x向，y向小震和中震作用下軸力分布圖趨勢，可以發(fā)現(xiàn)在樓板開洞、樓板連接薄弱部位、剪力墻圍合處拉力較大，對薄弱區(qū)板厚加厚為150mm，配筋采用雙層雙向設(shè)計(jì)。該位置處的樓板鋼筋拉應(yīng)力按360MPa控制，由樓板大震分析可知，x向大震標(biāo)準(zhǔn)組合作用下樓板大部分范圍剪力小于50kN/m，局部最大剪力為85kN/m，均小于樓板抗剪截面限制條件0.15fckbh0=0.15×20.1×130=392kN/m。5層樓板y向小震和中震作用下軸力分布圖趨勢圖拉力也在樓板開洞、樓板連接薄弱部位、剪力墻圍合處拉力較大，對薄弱區(qū)板厚均加厚為150mm，配筋采用雙層雙向設(shè)計(jì)。
6結(jié)束語
本工程結(jié)構(gòu)為高度、多項(xiàng)平面及豎向不規(guī)則的超限高層建筑，通過對結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算分析，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能較好地滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范要求；同時根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取必要的構(gòu)造加強(qiáng)措施，對樓板開大洞通過樓板薄弱區(qū)域局部加厚、配置雙層雙向受拉鋼筋等措施加強(qiáng)。根據(jù)反應(yīng)譜小震作用、彈性時程分析、靜力彈塑性分析結(jié)果來看，本工程結(jié)構(gòu)布置可滿足既定的抗震性能目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，為今后的超限類項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)參考。
參考文獻(xiàn)
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作者：張南 姚永濤 趙光明 李智 魏強(qiáng) 單位：同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司