孔偉珊

摘要：結(jié)合該工程超限高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了工程結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算和結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的確定原則，給出了相應(yīng)計(jì)算分析結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，工程在多遇地震作用下的多個(gè)抗震性能指標(biāo)均能滿足相關(guān)規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)能達(dá)到小震不壞，中震可修和大震不倒的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。該工程的設(shè)計(jì)思路可供工程設(shè)計(jì)人員參考。.

關(guān)鍵詞：高層建筑；工程抗震；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、工程概況

該工程總建筑面積為60718m2，屬于大底盤雙塔樓復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)。主體建筑高99.13m，建筑層數(shù)34層，要求在29.5m×60.3m，空間內(nèi)不設(shè)結(jié)構(gòu)柱，并且大宴會(huì)廳屋面設(shè)置為網(wǎng)球場及游泳池。1號樓為大公寓辦公樓，共20層，總高98.1m；2號樓為酒店主樓，共28層，總高為97.6m。建筑基本風(fēng)壓取tO。=0.94kN/m2，地面粗糙度為B類，抗震烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為一組，場地類別Ⅱ類。

2、結(jié)構(gòu)超限認(rèn)定及采取的措施

2.1 超限認(rèn)定

由于建筑功能復(fù)雜，為滿足建筑底部大空間的需要。工程采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，轉(zhuǎn)換層設(shè)在5層，采用梁式轉(zhuǎn)換，屬于高位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層以上為雙塔結(jié)構(gòu)，其酒店主樓為錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，主體建筑高度99.1m，因此該工程屬于錯(cuò)層、超高、超限的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。

2.2 錯(cuò)層

由于各功能區(qū)的層高要求各不相同，且在同一個(gè)功能區(qū)還有躍層、錯(cuò)層等要求。造成工程的層高非常復(fù)雜。為了真實(shí)地模擬這種層高的變化，在建立結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型的時(shí)候，對裙房以上兩主樓采用SATWE多塔進(jìn)行定義，以解決兩主樓各自層高不同問題。對同一塔樓內(nèi)結(jié)構(gòu)錯(cuò)層，按實(shí)際層高建模，對錯(cuò)層樓板均設(shè)為彈性膜，真實(shí)計(jì)算樓板平面內(nèi)剛度。

2.3 高位轉(zhuǎn)換

高位轉(zhuǎn)換在我國現(xiàn)行的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及規(guī)定中規(guī)定屬于超限結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)的彈性工作階段，轉(zhuǎn)換層以上的框支剪力墻與轉(zhuǎn)換層以下的落地剪力墻所承擔(dān)的水平地震力的大小基本相當(dāng)，轉(zhuǎn)換層以下的剪力絕大部分由落地剪力墻承擔(dān)，此時(shí)的框支柱承擔(dān)的水平剪力很小。而結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性工作階段，一般是落地剪力墻首先出現(xiàn)裂縫或塑性鉸進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，其具體表現(xiàn)為落地剪力墻的水平抗側(cè)剛度降低，落地剪力墻所承擔(dān)的水平地震剪力向框支柱轉(zhuǎn)移，此時(shí)框支柱就成為了整個(gè)結(jié)構(gòu)中的薄弱部位。對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)而言，更是如此，因此在高位轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對框支柱的抗震性能及其延性設(shè)計(jì)更加重視。本工程具體采用以下加強(qiáng)措施：①增大核心筒及落地剪力墻的墻厚度，以加大核心筒和落地剪力墻的水平抗剪能力；②采用型鋼混凝土框支柱，以改善框支柱的延性及其他抗震性能；③調(diào)整計(jì)算模型，使得在水平地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層上下及相鄰層的相對位移角盡量無突變，水平變形曲線盡量平滑。

2.4 預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁

本工程對跨度在20m的梁，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，對屋面跨度30ta梁采用預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土，具體做法如下：

（1）采用1860級有粘結(jié)低松弛鋼絞線與無粘結(jié)鋼絞線束混合配置，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30時(shí)，開始張拉，張拉控制應(yīng)力為1302MPa，采用雙控，超張拉3%，端錨具采用夾片錨，固定端錨具采用擠壓錨。

（2）20m跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁截面為500×1500，采用預(yù)應(yīng)力束29束，其中有粘結(jié)21束，無粘結(jié)8束僅用于提高抗裂，不參與強(qiáng)度驗(yàn)算。

（3）30m跨度預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁，梁截面為600111111 x 1600mm，型鋼采用工字鋼，鋼梁腹板高度1400ram，鋼板厚度16mm；翼板寬度400ram，鋼板厚度30mm；因強(qiáng)度要求已滿足，采用預(yù)應(yīng)力束20束，均為無粘結(jié)束，僅用于提高抗裂，不參與強(qiáng)度驗(yàn)算。

3、結(jié)構(gòu)計(jì)算及抗震技術(shù)措施

3.1 利用程序軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體及局部分析

本項(xiàng)目采用SATWE、PMSAP進(jìn)行整體計(jì)算，并采用ETABS進(jìn)行復(fù)核。對轉(zhuǎn)換粱及框支柱采用FEQ進(jìn)行復(fù)核配筋，預(yù)應(yīng)力采用PREC進(jìn)行計(jì)算配筋，采用PMSAP進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。

3.2 本工程實(shí)際采用的主要抗震技術(shù)措施

（1）本項(xiàng)目屬于平面及豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，因此在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，力求豎向構(gòu)件盡可能地均勻布置，以減少結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（2）框支層及以下各層均為結(jié)構(gòu)的薄弱層，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行概念性加強(qiáng)，提高框支柱的抗震性能及其延性，如對框支柱與落地剪力墻的彎矩與剪力調(diào)整，框支柱的軸壓比按0.55進(jìn)行控制，框支柱縱向鋼筋的配筋率提高到1.20%一1.40%，框支柱箍筋的體積含箍率提高到1.50%等。在設(shè)計(jì)落地剪力墻的分布鋼筋時(shí)，考慮到本項(xiàng)目為高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分布鋼筋配筋率取為0.3%～0.4%，以提高落地剪力墻自身的抗震性能和延性，減輕端部暗柱負(fù)擔(dān)。

（3）剪力墻從正負(fù)零至轉(zhuǎn)換層以上兩層墻體都定義為加強(qiáng)區(qū)，分布筋的配筋率也取為0.3%一0.4%，框支柱部分縱筋上升到上一層剪力墻。

（4）連梁以低連梁為主。以彎曲變形為主的長梁視為普通框架梁。為了確保作為耗能元件的連梁的延性，在輔助計(jì)算和構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉等設(shè)計(jì)原則，部分連梁增設(shè)暗撐進(jìn)行加強(qiáng)。

（5）框支梁能較好地和上郝墻體共同工作，按有關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)即可。為安全起見，按照轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)方法，對其剪壓比作適當(dāng)控制，取0.10～0.15。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算的主要結(jié)果

3.3.1 SATWE和PMSAP分析結(jié)果：SATWE和PMSAP的主要計(jì)算結(jié)果如表l所示。

從表1可以看出：

（1）第一及第二周期均為平動(dòng)周期，第三周期為扭轉(zhuǎn)周期，第三周期與第一周期的比值均小于0.90，滿足《高規(guī)》要求，表明結(jié)構(gòu)布置合理。

（2）結(jié)構(gòu)在計(jì)算地震作用下，雙向地震作用下樓層的最大位移與該樓層平均位移的比值均小于1.5倍限值，滿足規(guī)范要求。最大位移滿足規(guī)范1/800之規(guī)定，且接近規(guī)范限值。x向及l(fā)，向位移接近，顯示整體結(jié)構(gòu)剛度合理，布置均勻。

（3）根據(jù)《高規(guī)》中計(jì)算轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的計(jì)算公式，本工程均滿足規(guī)范要求。

（4）從SATWE與PMSAP兩種程序計(jì)算的比較來看，周期、層問位移、地震力等指標(biāo)均比較接近，未發(fā)現(xiàn)異常情況，說明計(jì)算結(jié)果可靠，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

3.3.2 彈性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇了兩條人工波和兩條自然波，對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。計(jì)算結(jié)果表明，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力均不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值均不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%，滿足規(guī)范要求。根據(jù)樓層位移角包絡(luò)曲線，結(jié)構(gòu)在5層和22層出現(xiàn)位移突變。5層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，22層及以上為建筑樓層高度變化處，表明計(jì)算結(jié)果與建筑功能變化相一致，能反映工程實(shí)際受力狀況。針對這種位移突變，設(shè)計(jì)時(shí)對4—6層及20一23層通過調(diào)整剪力墻體數(shù)量、剪力墻體厚度、連梁高度等方法控制層間剛度，并提高了該部位剪力墻配筋率等方法進(jìn)行加強(qiáng)處理。

4、設(shè)計(jì)體會(huì)

（1）通過對空間結(jié)構(gòu)分析和平面有限元分析計(jì)算結(jié)果的對比分析，空間結(jié)構(gòu)分析方法對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的計(jì)算更接近實(shí)際，而平面有限元的分析方法對框支梁的計(jì)算結(jié)果偏于保守的，過大地估計(jì)了轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力，勢必會(huì)加大構(gòu)件截面和配筋。

（2）通常在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中，樓板面內(nèi)剛度無限大是一個(gè)重要假定，直接影響著層間剪力在各個(gè)墻、柱之間的分配方式。而對于樓板開大洞以及錯(cuò)層的情況，采用這一假定計(jì)算結(jié)果誤差較大，應(yīng)采用實(shí)際情況采用彈性樓板假定。

（3）建筑功能和造型的要求，使得本工程成為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，但在設(shè)計(jì)中已注意到其薄弱部位和重要環(huán)節(jié)，采取了相應(yīng)的計(jì)算分析和加強(qiáng)措施，使結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性，相關(guān)指標(biāo)均能夠滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞勇，戴國瑩.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范疑問解答[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]張維斌.鋼筋混凝土帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)釋疑及工程實(shí)例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社。2008.

[3]陳岱林，李云貴，魏文郎.多層及高層結(jié)構(gòu)CAD軟件高級應(yīng)用【M].北京：中國建筑工業(yè)出版社。2008.

孔偉珊

摘要：結(jié)合該工程超限高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了工程結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算和結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的確定原則，給出了相應(yīng)計(jì)算分析結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，工程在多遇地震作用下的多個(gè)抗震性能指標(biāo)均能滿足相關(guān)規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)能達(dá)到小震不壞，中震可修和大震不倒的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。該工程的設(shè)計(jì)思路可供工程設(shè)計(jì)人員參考。.

關(guān)鍵詞：高層建筑；工程抗震；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、工程概況

該工程總建筑面積為60718m2，屬于大底盤雙塔樓復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)。主體建筑高99.13m，建筑層數(shù)34層，要求在29.5m×60.3m，空間內(nèi)不設(shè)結(jié)構(gòu)柱，并且大宴會(huì)廳屋面設(shè)置為網(wǎng)球場及游泳池。1號樓為大公寓辦公樓，共20層，總高98.1m；2號樓為酒店主樓，共28層，總高為97.6m。建筑基本風(fēng)壓取tO。=0.94kN/m2，地面粗糙度為B類，抗震烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為一組，場地類別Ⅱ類。

2、結(jié)構(gòu)超限認(rèn)定及采取的措施

2.1 超限認(rèn)定

由于建筑功能復(fù)雜，為滿足建筑底部大空間的需要。工程采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，轉(zhuǎn)換層設(shè)在5層，采用梁式轉(zhuǎn)換，屬于高位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層以上為雙塔結(jié)構(gòu)，其酒店主樓為錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，主體建筑高度99.1m，因此該工程屬于錯(cuò)層、超高、超限的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。

2.2 錯(cuò)層

由于各功能區(qū)的層高要求各不相同，且在同一個(gè)功能區(qū)還有躍層、錯(cuò)層等要求。造成工程的層高非常復(fù)雜。為了真實(shí)地模擬這種層高的變化，在建立結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型的時(shí)候，對裙房以上兩主樓采用SATWE多塔進(jìn)行定義，以解決兩主樓各自層高不同問題。對同一塔樓內(nèi)結(jié)構(gòu)錯(cuò)層，按實(shí)際層高建模，對錯(cuò)層樓板均設(shè)為彈性膜，真實(shí)計(jì)算樓板平面內(nèi)剛度。

2.3 高位轉(zhuǎn)換

高位轉(zhuǎn)換在我國現(xiàn)行的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及規(guī)定中規(guī)定屬于超限結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)的彈性工作階段，轉(zhuǎn)換層以上的框支剪力墻與轉(zhuǎn)換層以下的落地剪力墻所承擔(dān)的水平地震力的大小基本相當(dāng)，轉(zhuǎn)換層以下的剪力絕大部分由落地剪力墻承擔(dān)，此時(shí)的框支柱承擔(dān)的水平剪力很小。而結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性工作階段，一般是落地剪力墻首先出現(xiàn)裂縫或塑性鉸進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，其具體表現(xiàn)為落地剪力墻的水平抗側(cè)剛度降低，落地剪力墻所承擔(dān)的水平地震剪力向框支柱轉(zhuǎn)移，此時(shí)框支柱就成為了整個(gè)結(jié)構(gòu)中的薄弱部位。對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)而言，更是如此，因此在高位轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對框支柱的抗震性能及其延性設(shè)計(jì)更加重視。本工程具體采用以下加強(qiáng)措施：①增大核心筒及落地剪力墻的墻厚度，以加大核心筒和落地剪力墻的水平抗剪能力；②采用型鋼混凝土框支柱，以改善框支柱的延性及其他抗震性能；③調(diào)整計(jì)算模型，使得在水平地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層上下及相鄰層的相對位移角盡量無突變，水平變形曲線盡量平滑。

2.4 預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁

本工程對跨度在20m的梁，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，對屋面跨度30ta梁采用預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土，具體做法如下：

（1）采用1860級有粘結(jié)低松弛鋼絞線與無粘結(jié)鋼絞線束混合配置，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30時(shí)，開始張拉，張拉控制應(yīng)力為1302MPa，采用雙控，超張拉3%，端錨具采用夾片錨，固定端錨具采用擠壓錨。

（2）20m跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁截面為500×1500，采用預(yù)應(yīng)力束29束，其中有粘結(jié)21束，無粘結(jié)8束僅用于提高抗裂，不參與強(qiáng)度驗(yàn)算。

（3）30m跨度預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁，梁截面為600111111 x 1600mm，型鋼采用工字鋼，鋼梁腹板高度1400ram，鋼板厚度16mm；翼板寬度400ram，鋼板厚度30mm；因強(qiáng)度要求已滿足，采用預(yù)應(yīng)力束20束，均為無粘結(jié)束，僅用于提高抗裂，不參與強(qiáng)度驗(yàn)算。

3、結(jié)構(gòu)計(jì)算及抗震技術(shù)措施

3.1 利用程序軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體及局部分析

本項(xiàng)目采用SATWE、PMSAP進(jìn)行整體計(jì)算，并采用ETABS進(jìn)行復(fù)核。對轉(zhuǎn)換粱及框支柱采用FEQ進(jìn)行復(fù)核配筋，預(yù)應(yīng)力采用PREC進(jìn)行計(jì)算配筋，采用PMSAP進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。

3.2 本工程實(shí)際采用的主要抗震技術(shù)措施

（1）本項(xiàng)目屬于平面及豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，因此在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，力求豎向構(gòu)件盡可能地均勻布置，以減少結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（2）框支層及以下各層均為結(jié)構(gòu)的薄弱層，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行概念性加強(qiáng)，提高框支柱的抗震性能及其延性，如對框支柱與落地剪力墻的彎矩與剪力調(diào)整，框支柱的軸壓比按0.55進(jìn)行控制，框支柱縱向鋼筋的配筋率提高到1.20%一1.40%，框支柱箍筋的體積含箍率提高到1.50%等。在設(shè)計(jì)落地剪力墻的分布鋼筋時(shí)，考慮到本項(xiàng)目為高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分布鋼筋配筋率取為0.3%～0.4%，以提高落地剪力墻自身的抗震性能和延性，減輕端部暗柱負(fù)擔(dān)。

（3）剪力墻從正負(fù)零至轉(zhuǎn)換層以上兩層墻體都定義為加強(qiáng)區(qū)，分布筋的配筋率也取為0.3%一0.4%，框支柱部分縱筋上升到上一層剪力墻。

（4）連梁以低連梁為主。以彎曲變形為主的長梁視為普通框架梁。為了確保作為耗能元件的連梁的延性，在輔助計(jì)算和構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉等設(shè)計(jì)原則，部分連梁增設(shè)暗撐進(jìn)行加強(qiáng)。

（5）框支梁能較好地和上郝墻體共同工作，按有關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)即可。為安全起見，按照轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)方法，對其剪壓比作適當(dāng)控制，取0.10～0.15。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算的主要結(jié)果

3.3.1 SATWE和PMSAP分析結(jié)果

（1）第一及第二周期均為平動(dòng)周期，第三周期為扭轉(zhuǎn)周期，第三周期與第一周期的比值均小于0.90，滿足《高規(guī)》要求，表明結(jié)構(gòu)布置合理。

（2）結(jié)構(gòu)在計(jì)算地震作用下，雙向地震作用下樓層的最大位移與該樓層平均位移的比值均小于1.5倍限值，滿足規(guī)范要求。最大位移滿足規(guī)范1/800之規(guī)定，且接近規(guī)范限值。x向及l(fā)，向位移接近，顯示整體結(jié)構(gòu)剛度合理，布置均勻。

（3）根據(jù)《高規(guī)》中計(jì)算轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的計(jì)算公式，本工程均滿足規(guī)范要求。

（4）從SATWE與PMSAP兩種程序計(jì)算的比較來看，周期、層問位移、地震力等指標(biāo)均比較接近，未發(fā)現(xiàn)異常情況，說明計(jì)算結(jié)果可靠，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)。