劉琪，謝誼

（1.華陸工程科技有限責任公司，西安710065；2.中聯(lián)西北工程設計研究院有限公司，西安710077）

1 工程概述

華海大廈工程位于西安市高新區(qū)城市中心地段，為集商場、公寓、娛樂為一體的高層建筑，地下3 層，地上27 層，屋面標高99.650 m。1～2 層為商場，3～13 層為普通公寓，14～27 層為LOFT 公寓。屋頂上設置高空泳池，泳池平面尺寸約22.5 m×21 m，深度約1.5 m，水面標高102.5 m，抗震設防烈度8 度，設計基本加速度0.2 g，場地類別Ⅱ類，設計地震分組第二組。本工程目前已經(jīng)完成驗收，屋面泳池正常使用，結構可靠，可為類似工程提供參考。

2 結構體系與布置

本工程為了滿足最大建筑凈使用面積和設備管道對建筑的最小影響，采用了“框架-剪力墻”體系。其中，底部3 層采用型鋼混凝土框架柱，下部滿足商場和車庫的大空間，上部能夠很好地滿足小戶型公寓的要求，標準層如圖1 所示。

圖1 華海大廈標準層平面圖

結構屋面高度99.600 m 上設有泳池、水處理風道蓋板。本工程除底部加強區(qū)及其上一層墻柱外，泳池及大屋面層也定義為關鍵構件，關鍵構件抗震等級均為1 級，屋面構件和泳池按照中震不屈服設計。其他構件抗震等級為1 級，地下1 層以下抗震構造措施等級逐層降低。

為保證車位凈距和公寓的凈面積，本工程無翼墻的框架柱采用型鋼混凝土柱。為提高關鍵部位連梁抗剪承載力及延性，本工程采用框架型鋼混凝土連梁；同時，標準層樓板采用現(xiàn)澆混凝土樓板，厚度≥120 mm，長度方向鋼筋均上下通長配置，且設置1 道溫度后澆帶。

本工程地下1 層側向剛度大于首層的2 倍，以1 層地面為嵌固端，嵌固端的樓板厚度180 mm。底部加強區(qū)（7 層）以下使用C60 混凝土，以上每5 層混凝土等級降低一個等級。底部加強區(qū)典型墻體厚度為500 mm、400 mm、250 mm，豎向構件截面減小樓層和混凝土等級變化盡量錯開。主樓下采用樁基礎加承臺，單樁承載力特征值3 950 kN，承臺厚度1.5～2 m。

3 結構整體分析

3.1 結果彈性分析

結構分析分別采用SATWE 和Sausage 軟件進行整體計算，整體分析模型含混凝土冠頂高度為120 m。在分析時，主要采用考慮扭轉耦聯(lián)振動影響的振型分解法，并考慮偶然偏心，小震分析時結構阻尼比為0.05。

結果顯示，結構自振周期T1=2.671 3（Y 向基本周期）、T2=2.523 6（X 向基本周期）、T3=1.964 1（T 扭轉周期），周期比0.77，地震作用下結構X、Y 向最大層間位移角分別為1/873和1/1041。剪重比3.08%＜[3.20%]，按照GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》（2016 年版）（以下簡稱《抗規(guī)》）5.2.5 條要求調整地震剪力。此外，需考慮偶然偏心的最大層間位移比X 向1.03、Y 向1.30。

在規(guī)定的水平力作用下，結構底層框架承受地震傾覆力矩占結構總地震傾覆力矩的26.6%（X 向）、13.3%（Y 向）。彈性動力時程分析采用滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》4.3.5 條的7 組波驗算，地震作用按照時程分析的結果對CQC（扭轉偶聯(lián)的振型分期法）計算進行調整。

本工程50 a 重現(xiàn)期的風荷載0.35 kN/m2，風荷載體型系數(shù)1.4，構件強度計算風荷載放大系數(shù)1.1。在風荷載作用下，全樓最大層間位移角Y 向為1/3 526、X 向為1/11 992，遠小于地震作用下位移角，因此，風荷載工況對結構不起控制作用。

為了保證結構的安全性和經(jīng)濟性，經(jīng)多種方案對比后，決定采用300 m3水池，水深1.2 m、池深1.5 m，將水池重量作為恒荷載建立結構模型，且在結構設計時不考慮水池作為調諧液體阻尼器的減震作用，而屋頂?shù)目傮w指標均滿足《抗規(guī)》5.5.5 條的要求。

3.2 大震彈塑性時程分析

采用Sausage 程序進行彈塑性時程分析，以計算結構總體變形評估結構抗震性能。對于梁、柱節(jié)點，采用的是塑性鉸來進行模擬，而剪力墻則采用纖維束進行模擬；同時，在大震工況下，以結構阻尼比增大0.01 考慮，連梁剛度折減系數(shù)為0.3。

7 組地震波位移角2 個方向平均值為1/120、1/140，均小于《抗規(guī)》要求的1/100。大震作用時，在典型地震波下關鍵構件（底部加強區(qū)、泳池周邊構件）截面的受剪截面滿足剪壓比條件，結構不發(fā)生脆性破壞。

就整體結構而言，本工程在大震作用與典型地震波下，前8 s 基本處于彈性狀態(tài)，接著連梁出現(xiàn)塑性鉸，框架梁少量出現(xiàn)塑性鉸。隨著時間推移，底部加強區(qū)較多的框架梁進入塑性階段，參與整體耗能，但未出現(xiàn)整體豎向貫通的塑性鉸。在建筑和高區(qū)，除泳池外，主體部分有極少結構框架柱和框架梁開裂進入了屈服狀態(tài)，而地震輸入結束時絕大部分剪力墻未進入屈服狀態(tài)，交通核心區(qū)域剪力墻僅有少量損傷。

由此可見，當?shù)撞考訌妳^(qū)受到較大剪力時，墻剪切纖維應變也會較大。針對此，要對這些區(qū)域采取增加配筋的同時，還要設置型鋼等加強措施。值得注意的是，當?shù)卣鸩ńY束時，塑性鉸也未有明顯的增加。也就是說，在大震作用下，可符合結構抗震大震不倒的概念設計要求。

3.3 屋頂泳池的設計

泳池置于屋面支起的1 個混凝土支架上，泳池底板高于大屋面2.0 m，泳池下部走管道及風管。池壁及懸挑處底板為透明亞克力板，內部底板為250 mm 厚的混凝土板。對于泳池與周邊不在1 個平面內的梁，需進行加腋處理，以保證水平力的傳遞。另外，泳池周邊的構件要采取包絡設計，并通過加強局部的概念設計來加強配筋，同時還應設置足夠鋼筋，以更好地保證結構的安全。

3.4 屋頂泳池作為TLD 的可行性

調諧液體阻尼器（TLD）基本原理是指，當建筑結構在產(chǎn)生位移時，液體由于慣性與結構主體產(chǎn)生相對的液體晃動，而晃動時對側壁產(chǎn)生壓力差，該壓力差與地震作用相反，從而對結構產(chǎn)生的減震作用。泳池盛滿水作為結構的調諧液體阻尼器，被相關工程實踐證明對結構有一定減震效果。也就是說，當泳池的自身頻率與主體頻率近似時，往往會取得較好的減震效果；反之，則可能與泳池作為荷載的模型計算結果基本相同。

如果需要進一步增加TLD 的作用，即可在屋面另一側也設置調諧液體阻尼器，從而在增加阻尼器質量的同時，改變水池構造，如調整水池大小、設置隔板等來改變水池頻率等，這不僅能增大作為阻尼器的有利作用，還能起到減震效果。

3.5 結構加強措施

在本工程中，考慮到懸挑泳池破壞后不易修復，會對下部公寓產(chǎn)生影響，加之屋頂泳池使主體結構不規(guī)則與應力集中，因此很有必要采取加強措施：

1）泳池構件均按照中震不屈服設計，遵循4 個驗算準則：（1）泳池周邊構件及下一層內力計算時構件內力放大1.3 倍；（2）在地震驗算時，要滿足中震水平地震和豎向地震下不屈服；（3）豎向構件軸壓比控制在0.5 以內，梁計算配筋在1.5%以內；（4）中震剪力下均應保證構件彈性。

2）泳池池底板需保證厚250 mm，而屋面板則要達到150 mm，同時配筋雙層雙向，且鋼筋間距≤100 mm，內力計算時按照彈性板計算且對屋面板作適當加強。

4 結語

結合工程實例，本文使用Sausage 程序創(chuàng)建結構模型，對其進行模態(tài)分析，探究動力特性，采用反應譜法、彈性時程分析法分別計算，對帶泳池結構在不同工況下的地震反應進行了比較。其結論如下：

1）在高烈度地區(qū)，屋頂泳池的設置對結構局部剛度分布、位移比以及泳池支撐梁的影響顯著，需要在實際工程中按多個工況反復核算，以便采取合適的加強措施。

2）泳池作為TLD 時，需要水體達到一定質量時才能起到效果，地震作用下TLD 可以作為安全儲備。

3）帶有屋頂泳池的高層建筑，通過準確地計算和合理地設計，針對性地采取抗震措施，可以滿足建筑抗震設防的“三個水準”（小震不壞、中震可修、大震不倒）的設計目標。