朱 慧

(中國建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200062)

1 工程概況

本工程項(xiàng)目位于上海市某區(qū)，主要為酒店、商業(yè)、高層辦公樓和地下車庫。地上主要由以下建筑組成：1棟15層酒店，4棟27層辦公塔樓，1棟3層辦公及6棟3層建筑商業(yè)街區(qū),地下為整體地下室。地下1層、2層主要用途為地下汽車庫，設(shè)備用房，配套用房等。本文僅對高層辦公塔樓作詳細(xì)闡述。

高層辦公樓地上27層，建筑高度均為95.2 m。1層層高5.4 m，為架空層，2層～27層層高3.45 m，均為辦公用房。根據(jù)建筑使用功能要求，結(jié)合建筑平面布置特點(diǎn)，采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)(見圖1)，以滿足整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)和抗扭剛度要求，使得結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能。本項(xiàng)目為兩層地下室，均為普通混凝土梁板式；整體上，地下室設(shè)計(jì)中利用主樓上部結(jié)構(gòu)落下來的剪力墻、地下室外墻與純地庫框架共同組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，使得主樓地下1層相關(guān)范圍內(nèi)的抗側(cè)剛度不小于主樓地上1層抗側(cè)剛度的1.5倍，地下室頂板厚度取值不小于180 mm，覆土區(qū)域頂板厚不小于250 mm，從而滿足地下室頂板作為上部各單體嵌固端的剛度要求。本工程均采用樁基礎(chǔ)，采用先張法預(yù)應(yīng)力直徑500混凝土管樁。

本工程抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.10g，建筑場地類別Ⅳ類，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，特征周期Tg=0.90 s(多遇地震、設(shè)防烈度)、1.1 s(罕遇地震)。

2 結(jié)構(gòu)超限情況及設(shè)計(jì)難點(diǎn)

高層辦公樓高度為95.2 m，大于 60 m小于120 m，屬于A級高度高層建筑。平面布置規(guī)則對稱，側(cè)向剛度和承載力沿豎向均勻變化，僅一項(xiàng)偏心率超限。

平面和立面都是規(guī)則的。

根據(jù)DGJ 08—0—2013建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程中表7.1.3的規(guī)定，預(yù)制混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度不宜大于60 m。本項(xiàng)目高層辦公樓高度為95.2 m，鑒于上述情況，根據(jù)《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》(滬建建[2003]第0702號)，本項(xiàng)目高層辦公樓需進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

高層辦公樓采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，除底部加強(qiáng)區(qū)外，其余剪力墻均為預(yù)制剪力墻，層與層之間的剪力墻通過灌漿套筒連接，若剪力墻在地震力作用下存在拉應(yīng)力的話，灌漿套筒將不能很好地連接層與層的剪力墻，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，補(bǔ)充該結(jié)構(gòu)在中震作用下的分析。結(jié)果顯示，中震作用下，部分樓層的兩側(cè)剪力墻中存在拉應(yīng)力，若對于中震受拉剪力墻，均不采用預(yù)制墻，則本子項(xiàng)預(yù)制率達(dá)不到40%預(yù)制率要求。因此，將部分中震作用下拉力較小的剪力墻做預(yù)制墻，具體如下：對于拉應(yīng)力大于0.2ftk的剪力墻，均采用現(xiàn)澆剪力墻；對于拉應(yīng)力不大于0.2ftk的剪力墻，采用預(yù)制剪力墻，同時(shí)控制預(yù)制剪力墻中豎向短筋的鋼筋拉應(yīng)力小于0.3ftk，確?；炷梁弯摻疃继幵谳^低的受拉應(yīng)力狀態(tài)。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與比較

3.1 整體計(jì)算對比

表1 結(jié)構(gòu)指標(biāo)對比結(jié)果

根據(jù)規(guī)范要求，對于高度超過60 m的預(yù)制混凝土抗震墻高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算。因此，本工程采用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM系列軟件SATWE,PMSAP及北京盈建科軟件有限責(zé)任公司編制的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件YJK-A進(jìn)行對比計(jì)算。結(jié)構(gòu)指標(biāo)對比結(jié)果如表1所示。

通過表1可以看出,YJK,SATWE和PMSAP計(jì)算結(jié)果所反映的結(jié)構(gòu)的振動特性及動荷載作用下的響應(yīng)基本規(guī)律一致,僅數(shù)值上存在細(xì)微差異。計(jì)算的有效質(zhì)量系數(shù)均在90%以上,結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量、剪重比、兩方向的地震作用力均相近；計(jì)算周期相近,周期比小于0.85；位移控制指標(biāo)按《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》3.7.3條規(guī)定及DGJ 08—0—2013建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定5.5.1條控制，最大層間計(jì)算位移角均小于1/1 000的限值及嵌固端以上一層最大層間計(jì)算位移角均小于1/2 500的限值。

3.2 彈性時(shí)程分析對比

按照高規(guī)(JGJ 3—2010)4.3.4條規(guī)定，7度高度超過100 m的高層建筑或含豎向不規(guī)則的高層建筑應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。本項(xiàng)目位于7度區(qū)Ⅳ類場地，接近100 m高度限制，對抗震不利。故采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充驗(yàn)算。

結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析中按場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選取5組實(shí)際地震記錄與2組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，要求彈性時(shí)程分析時(shí)每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，7條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果80%。彈性時(shí)辰分析結(jié)構(gòu)見表2，表3。

表2 彈性時(shí)辰分析剪力計(jì)算結(jié)果

表3 彈性時(shí)辰分析位移角計(jì)算結(jié)果

彈性時(shí)辰分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的樓層位移、剪力曲線較為平滑，每條時(shí)程波輸入引起的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%且小于135%，7條時(shí)程波輸入引起的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%且小于120%，所選擇的時(shí)程波滿足規(guī)范要求。時(shí)程曲線計(jì)算得到的層間位移角均滿足規(guī)范要求。采用反應(yīng)譜分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)是可行的、安全的。

3.3 罕遇地震靜力彈塑性分析

由于高層辦公樓預(yù)制剪力墻承擔(dān)的剪力比大于50%，同時(shí)其高度為95.2 m，接近DGJ 08—2154—2014上海裝配整體式混凝土公共建筑設(shè)計(jì)規(guī)程中6.1.1條中規(guī)定100 m的適用高度限值。因此，采用中國建研院的PKPM軟件PUSH&EPDA模塊進(jìn)行分析，分析驗(yàn)證表明，罕遇地震下的最大彈塑性層間位移角能滿足規(guī)范1/120的限值要求；結(jié)構(gòu)在推覆過程中，大量的連梁率先進(jìn)入屈服，隨后部分抗震墻也進(jìn)入塑性狀態(tài)。能力譜曲線較為平滑，曲線在設(shè)定位移范圍內(nèi)未出現(xiàn)下降段，表明結(jié)構(gòu)在大震下具有抗倒塌能力。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目高層辦公樓裝配式剪力墻高層建筑的高度雖然超過了DGJ 08—0—2013建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程的限值要求，但仍在JGJ 1—2014裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的限值(100 m)范圍內(nèi)。通過前述的分析，得出如下結(jié)論：

多遇地震下，整體結(jié)構(gòu)保持彈性，整體結(jié)構(gòu)完好。采用YJK,SATWE和PMSAP三個(gè)軟件進(jìn)行整體分析，周期、位移、各層剛度變化、構(gòu)件內(nèi)力等指標(biāo)均控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。說明主體結(jié)構(gòu)的布置總體合理。

多遇地震下，進(jìn)行彈性時(shí)程分析補(bǔ)充驗(yàn)算，各項(xiàng)整體指標(biāo)平均值都在反應(yīng)譜分析結(jié)果以內(nèi)。時(shí)程分析顯示的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征、變化規(guī)律與反應(yīng)譜法一致。

罕遇地震下，各棟塔樓結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移角滿足規(guī)范限值要求。表明結(jié)構(gòu)在大震下具有抗倒塌能力。

本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已通過結(jié)構(gòu)超限審查，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可為其他超限裝配式高層建筑的抗震設(shè)計(jì)和超限審查工作提供良好的參考價(jià)值。