柯春明 范一江

華東建筑設計研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230086

1 工程概況

項目位于合肥市高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)，裙房A4地面之下為兩層，地面之上為七層，檐口高度為37.1m。其三維視圖詳圖1。

圖1

裙房A4結構類型為框架，柱采用現(xiàn)澆砼柱，北側大懸挑部分采用鋼桁架結構，斜柱及相鄰柱采用型鋼混凝土柱，樓面梁采用鋼筋混凝土梁(其中北側大懸挑部分梁采用鋼梁、東西向大懸挑梁采用型鋼混凝土梁），樓蓋采用現(xiàn)澆混凝土板（大懸挑部分擬采用輕質混凝土組合樓板）。

本工程框架梁、柱按二級設置抗震等級；大懸挑構件及內部一跨梁柱抗震等級為一級（中震出現(xiàn)拉應力時抗震等級提高為特一級），斜柱及相鄰傾斜方向連接框架梁抗震等級為一級，與鋼結構連廊連接柱抗震等級為一級，北側鋼結構桁架抗震等級為二級，相連一跨框架抗震等級為一級。

本建筑工程具有扭轉不規(guī)則、樓板開洞不連續(xù)、豎向抗側力尺寸突變、傾斜柱四個不規(guī)則項，屬于高層、超限建筑[1]。

2 抗震性能目標、設計措施

2.1 結構抗震性能化設計

按《高規(guī)》第3.11節(jié)的規(guī)定，本工程抗震的性能目標選用D級（關鍵柱高于D級），即指小震下達到性能1的要求，各構件均為彈性；中震下達到性能4（關鍵柱滿足性能3）的要求，關鍵柱達到抗剪彈性、正截面不屈服（斜拉桿、根部框梁、與鋼桁架相連的柱按彈性復核抗剪、抗彎能力），普通柱抗彎、剪不屈服，耗能構件大部分彎、剪不屈服，懸挑及斜柱根部梁板補充拉應力復核；大震下達到性能5（關鍵柱達到性能4）的要求，關鍵柱不屈服、個別構件可以抗彎屈服，普通柱達到受剪截面控制條件，耗能構件可部分破壞較嚴重[2][3]。

2.2 針對超限情況的設計措施

本項目同時存在扭轉不規(guī)則，平面凹凸不規(guī)則，超長懸挑，存在較多斜柱。針對上述超限，采用相應的措施。

針對平面不規(guī)則的措施： 南北方向尺寸較長、且平面開大洞，故對樓板進行應力分析，配筋予以加強。本工程南北超長，東西方向大懸挑，增加樓板厚度，凹角位置邊梁加密箍筋，減少平面不規(guī)則處應力集中。

針對斜柱的措施：本工程為減小上部懸挑尺寸，一～四層外圈柱采用斜柱，控制斜柱角度約為9°，斜柱采用空間斜桿建模，考慮P-Δ效應。上部東西方向懸挑最大尺度達8.0m，懸挑梁選擇型鋼砼梁，柱沿懸挑方向加大尺寸以平衡彎矩，且后部增加型鋼砼梁相連。

針對大懸挑結構的措施：本工程大懸挑可分為兩部分，北邊懸挑尺寸達到16.6m，其余外圈懸挑尺寸最大達8.0m。因懸挑尺寸過大，除水平雙向地震計算外，還計算豎向的地震作用，兩者作用同時考慮，并取前三跨補充分析超長懸挑及懸挑根部構件內力情況，以及整體傾覆分析、抗連續(xù)倒塌設計、舒適度分析、施工階段分析等，與懸挑部分相連樓板采用彈性板單元模擬。對于東西大懸挑部分結構梁采用型鋼混凝土梁，控制大懸挑部位結構的變形，對大懸挑部位及內部一跨梁柱抗震等級提高一級。加強懸挑位置樓板配筋。北側懸挑部分選擇鋼桁架結構，相連柱采用型鋼砼柱，相連一跨增加H型鋼斜撐，有效減輕懸挑結構對內部產生的應力水平，結構冗余度較高，樓板選擇壓型鋼板、輕質混凝土組合樓板，減輕結構重量。

針對局部不規(guī)則及連廊的措施：連廊擬采用箱形鋼梁，與塔樓間設橡膠支座，固定鉸支座設在本樓，橡膠支座設在A3樓上；計算時，除考慮豎向荷載及豎向地震作用外，還考慮連廊水平地震作用及風荷載在支座端部的傳遞，控制大震下本塔樓的變形，盡量減小大震位移量。為提高斜柱性能，斜柱采用型鋼混凝土柱，且傾斜方向采用型鋼混凝土梁連接，有效的保證了斜柱在傾斜方向產生水平力的傳遞。傾斜柱按抗震等級提高一級設計，與鋼結構連廊相連的柱按一級抗震等級設計，且砼柱內置了型鋼。

3 結構計算分析

3.1 多遇地震下的振型分解反應譜法分析

本工程在整體計算分析時，選用了YJK軟件及MIDAS BUilding軟件。據計算數據顯示，小震時各項結構指標均達到規(guī)范要求，同時兩種軟件計算分析基本吻合。扭轉Tt/T1周期比不超過0.85，前3個主振型的平扭、耦合作用不明顯，結構的抗扭剛度是合適的；層間位移角不大于限值1/550，且富余度較多，結構側向剛度分布合理。各項設計控制抗震性能指標均達到性能1的要求。

3.2 多遇地震下的彈性時程分析

按照《高規(guī)》4.3.5條，彈性時程分析采用符合Ⅱ類場地及設計地震分組的七組加速度時程曲線進行計算，地震動峰值采用安評報告中提供的參數值。據計算，各組地震波的持續(xù)時間均大于15s和基本周期的5倍，且各組時程曲線的平均地震影響系數在主要周期點上與場地譜相差小于20%，滿足在統(tǒng)計意義上相符的要求。

依據上述計算的結果，并與反應譜數據比較，可得出:

由樓層剪力圖得出，部分樓層剪力數值比CQC法的大，在施工圖設計時，需根據時程分析的剪力放大、調整CQC法的樓層剪力，進而調整相關的構件內力及配筋。

因此，彈性時程法的結果滿足相關規(guī)范規(guī)定。

3.3 設防烈度地震反應分析

中震按《高規(guī)》第3.11節(jié)內容進行分析，采用不計入風荷載效應的地震作用效應組合；中震彈性結構阻尼比4%；中震不屈服結構阻尼比5%。

中震計算結果表明僅有少量框架梁進入屈服狀態(tài)，關鍵柱滿足性能設計要求；重要關鍵柱（北側長懸挑部位）均彈性，該構件施工圖中按小震、中震包絡設計；耗能構件僅少部分出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，且框梁抗剪均未出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，施工圖按多遇地震設計。

經計算，懸挑根部三排柱中震彈性下均出現(xiàn)拉力，本工程受拉位置柱均已采用型鋼砼柱，其抗震按特一級設計。

結論：對于中震下各項設計控制指標，關鍵構件可達到性能水準3、其余達到性能水準4的要求。

3.4 罕遇地震反應分析

本報告采用YJK軟件對結構進行動力彈塑性分析，彈塑性時程分析法采用3條輸入地震時程曲線，結構彈塑性整體計算指標評價：

動力彈塑性分析完成后，最大結構頂點位移大約是0.233m，在考慮重力二階效應、大變形之后，結構最終仍能直立，達到“大震不倒”的目標；最大結構彈塑性層間位移角X 向為 1/127、 Y向為 1/276，均小于1/50的規(guī)范要求；框架柱在大震下局部輕微受拉損壞，余未損壞；大部分框梁處于輕微損壞狀態(tài)，余未損傷。大震時各控制指標均達到性能水準4的要求。

3.5 豎向地震

根據《高規(guī)》10.6.4條，本工程計算考慮豎向地震影響，增加豎向地震作用組合。

規(guī)范中雖未給出7度0.1g的豎向地震作用系數，但參考《高規(guī)》表4.3.15及相關文獻，豎向地震最小作用系數可按0.05取。本工程關鍵部位為長懸挑部分，對該部分構件中震彈性設計——每榀鋼桁架按雙向水平地震、豎向地震作用同時組合[2]。

3.6 抗連續(xù)倒塌設計

根據《高規(guī)》第3.12條，安全等級為一級的高層建筑結構應滿足抗連續(xù)倒塌概念設計要求；有特殊要求時，可采用拆除構件方法進行抗連續(xù)倒塌設計。本工程安全等級雖為二級，但懸挑尺寸過大，因此，對北側大懸挑鋼桁架采取抗連續(xù)倒塌設計。

根據抗連續(xù)倒塌概念設計原則，本工程采用鋼桁架設計大懸挑部分，因桁架側面仍有8.0m長懸挑，故次梁與桁架梁間均采用剛接，結構整體性強，且桁架具有承受一定的反向承載能力。根據拆除構件法的規(guī)定，鋼桁架部分重要構件選取7個位置，位置1～位置3位軸力相對較大位置，位置4、5為彎矩相對較大位置，位置6、7為剪力相對較大位置。因角部構件拆除后內力重分布卸載作用小，故均拆除角部構件進行分析。經分析，拆除上述構件后，懸挑部分仍未連續(xù)倒塌，達到抗連續(xù)倒塌設計目的。

4 總結

綜上所述，充分利用概念方法進行設計，確保各項指標均達到規(guī)范的有關規(guī)定。在設計中，設立了抗震性能化指標，針對超限情況采取了多種設計措施，針對關鍵的構件補充中震、罕遇地震下的驗算，確保整體安全。故此，本工程除能達到豎向荷載、風荷載作用下的有關指標外，尚滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標。