摘要：某項(xiàng)目位于四川省資陽市，采用框架結(jié)構(gòu)體系，建筑總高度47.5 m。結(jié)構(gòu)存在局部樓層大開洞、16.2 m高躍層柱、32 m大跨度上人屋面、局部樓層豎向收進(jìn)等薄弱環(huán)節(jié)。進(jìn)行了中震下樓板應(yīng)力分析、躍層柱線性屈曲分析、性能化設(shè)計(jì)、大跨度屋面樓板舒適度分析，并結(jié)合計(jì)算分析結(jié)果，針對性提出結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施，確保結(jié)構(gòu)抗震安全性。

關(guān)鍵詞：高層建筑； 框架結(jié)構(gòu)； 樓板應(yīng)力分析； 屈曲分析； 性能化設(shè)計(jì)； 樓板舒適度分析; 大跨度上人屋面

中圖分類號：TU318.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于四川省資陽市雁江區(qū)車城大道三段576號（獅子山街道辦，花果山社區(qū)），總建筑面積46 154.16 m2，其中地上建筑面積34 600.05 m2，地下建筑面積11 554.11 m2；地下1層（局部地下2層），地上8層，建筑總高度47.5 m，其中地下2層4.2 m，地下1層5.7 m，1層6 m，2～7層5.1 m，8層6.6 m。

地下2層平時為設(shè)備用房、汽車庫，戰(zhàn)時為醫(yī)療救護(hù)站；地下1層平時為設(shè)備用房、汽車庫、局部戰(zhàn)時為物質(zhì)儲備庫；1層為急癥診室、門診大廳、放射科、發(fā)熱門診、腹瀉門診；2～5層為門診、醫(yī)技；6層技能培訓(xùn)中心；7層為臨床研究室；8層為醫(yī)療培訓(xùn)中心；屋面為電梯機(jī)房。

本項(xiàng)目效果圖見圖1。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及主要構(gòu)件尺寸

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)使用年限均為50年，安全等級為一級，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為005 g，設(shè)計(jì)分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為035 s，抗震等級為二級。基本風(fēng)壓為03 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。采用YJK40進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。本項(xiàng)目主要構(gòu)件截面尺寸及材料強(qiáng)度等級見表1。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及難點(diǎn)

本項(xiàng)目建筑最大邊長118 m遠(yuǎn)超GB 50010-2010（2015年版）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］第8.1.1條框架結(jié)構(gòu)55 m的限值要求且存在樓層局部收進(jìn)，故結(jié)構(gòu)從樓層收進(jìn)處分縫，從地下室頂板～大屋面將結(jié)構(gòu)分為高塔與低塔2個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要有幾點(diǎn)：

（1）低塔門診大廳上空2、3層大開洞，削弱了樓層樓板平面內(nèi)剛度，樓板能否有效傳遞水平荷載需經(jīng)過計(jì)算分析，2、3層結(jié)構(gòu)平面布置見圖2、圖3。

（2）由于邊跨樓板開洞，個別邊柱形成16.2 m高躍層柱，對躍層柱的穩(wěn)定性需經(jīng)計(jì)算確定，2、3層結(jié)構(gòu)平面布置見圖2、圖3。

（3）屋面板下1層（8層）建筑空間作為醫(yī)療培訓(xùn)中心，房間內(nèi)不允許出現(xiàn)柱子，由此形成32 m大跨度上人屋面，需計(jì)算大跨度梁在各種荷載工況組合下（包含豎向地震）的應(yīng)力、穩(wěn)定性、撓度滿足規(guī)范限制要求并確保連接節(jié)點(diǎn)的可靠性，樓板舒適性尚應(yīng)進(jìn)行分析滿足正常使用的要求，8層建筑平面見圖4。

（4）本項(xiàng)目為重點(diǎn)設(shè)防類建筑（乙類）且建筑高度47.5 m接近DB51T 5058-2020《四川省抗震設(shè)防超限高層民用建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)》［2］第3.0.1條規(guī)定的框架結(jié)構(gòu)50 m高度限值。由于建筑布局的限制無法增設(shè)上下貫通的剪力墻作為抗震設(shè)防二道防線，故需提出合理的性能化目標(biāo)以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4結(jié)構(gòu)主要整體指標(biāo)及結(jié)構(gòu)超限情況分析

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)主要整體指標(biāo)見表2、表3，由表2、表3可知，結(jié)構(gòu)各個主要參數(shù)均滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)超限情況分析見表4，高塔為規(guī)則結(jié)構(gòu)，低塔有2項(xiàng)不規(guī)則，剛度突變及局部穿層柱，均是由于建筑布局原因造成，無法避免。

5針對薄弱部位的計(jì)算分析與加強(qiáng)措施

（1）對于低塔樓2、3層樓板大開洞采用樓板應(yīng)力分析，確保中震作用下樓板拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)大開洞周圍一跨范圍樓板厚度由120 mm加厚到150 mm時，能滿足設(shè)計(jì)要求，分析結(jié)果見圖5、圖6。從圖5、圖6中可以看出中震下2、3層樓板最大拉應(yīng)力為1.4 MPa＜2.01 MPa（C30混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值），故可認(rèn)為，在中震作用下，樓板不會開裂，能將梁柱拉結(jié)為一個整體并可靠傳遞水平作用。

（2）對于躍層柱，由于構(gòu)件自由長度過長（16.2 m），若按規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算，沒有考慮結(jié)構(gòu)的側(cè)移失穩(wěn)或者不從構(gòu)件整體來考察構(gòu)件的計(jì)算長度，有時會不安全，因此有必要對躍層柱做專門的計(jì)算長度分析，確定好躍層柱的計(jì)算長度是保證躍層柱得到可靠分析的前提。采用YJK有限元分析軟件對低塔樓的躍層柱進(jìn)行屈曲分析，模態(tài)見圖7～圖10。前3個模態(tài)躍層柱均為整體屈曲模態(tài)，第四模態(tài)開始發(fā)生某一方向的局部失穩(wěn)，故選取第四模態(tài)為不利模態(tài)，對應(yīng)的屈曲臨界荷載系數(shù)為38.062，從而可以得到躍層柱的屈曲臨界荷載。根據(jù)歐拉承載力公式Pcr=π2EI/（μl）2，反算得到柱的計(jì)算長度系數(shù)公式：μ=π/lEI/Pcr ，計(jì)算表格見表5。計(jì)算結(jié)果表明，躍層柱在38.062倍標(biāo)準(zhǔn)組合的軸力作用下才可能發(fā)生模態(tài)四的變形，且其計(jì)算長度系數(shù)μ=0.427＜1.25（模型計(jì)算取值），表明計(jì)算偏于安全，躍層柱不會發(fā)生失穩(wěn)破壞。

（3）為最大限度降低大跨度梁所承擔(dān)的荷載，大屋面采用單向密布鋼與混凝土組合梁。為增加大跨度鋼梁與周邊梁柱連接的可靠性，凡是與大跨鋼梁相連的梁或柱中均增設(shè)型鋼，即局部做成SRC柱與SRC梁，為保證荷載傳遞的可靠性，SRC柱型鋼一直貫通到基礎(chǔ)。大跨度鋼梁與SRC柱子采用剛性連接，與兩側(cè)SRC梁采用鉸接。大跨度鋼梁面外每隔2.7 m設(shè)置小鋼梁確保大跨鋼梁平面外穩(wěn)定性；面內(nèi)考慮包含豎向地震作用的各種不利工況組合使計(jì)算出的鋼構(gòu)件應(yīng)力比留有富余（最大值控制在0.7左右）。控制組合梁撓度不超GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［3］附錄B.1.1從嚴(yán)控制l0/400的要求，結(jié)構(gòu)布置見圖11。根據(jù)JGJT441-2019 《建筑樓蓋振動舒適度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［4］第4.1.1條、4.2.1條要求進(jìn)行屋面板豎向振動頻率第一振型計(jì)算，結(jié)果見圖12，f=3.76643 Hz＞3 Hz，滿足規(guī)范要求。在變形較大區(qū)域布置行走激勵對屋面樓板進(jìn)行時程分析，分析結(jié)果表明豎向振動峰值加速度為0.096 m/s2＜0.150 m/s2，故舒適度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

（4）為提高本建筑的抗震性能，高塔考慮性能化設(shè)計(jì)，保證中震作用下全樓層柱子滿足抗彎抗剪不屈服，大震作用下3層板面以下柱子受剪截面滿足規(guī)范要求，且與小震作用下的配筋結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

（5）低塔4～5層水平向局部收進(jìn)為側(cè)向剛度不規(guī)則，將4層樓板對應(yīng)的上下各1層，梁柱抗震構(gòu)造措施的抗震等級由二級提高為一級，4層樓板整體加厚至150 mm，且雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%。5結(jié)束語

本文主要介紹了資陽市人民醫(yī)院急診急救能力建設(shè)項(xiàng)目的項(xiàng)目概況、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)難點(diǎn)，對大開洞樓層進(jìn)行了中震下樓板應(yīng)力分析、躍層柱屈曲分析、大跨度屋面舒適度分析并根據(jù)分析結(jié)果對結(jié)構(gòu)薄弱部位采取了有效的加強(qiáng)措施；提出了大跨度屋面的結(jié)構(gòu)布置方案及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（節(jié)點(diǎn)可靠性、面外穩(wěn)定性、面內(nèi)應(yīng)力比推薦限值及撓度控制要求）；最后還提出了性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)、樓層局部收進(jìn)處構(gòu)造加強(qiáng)處理措施，為類似工程的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

參考文獻(xiàn)

［1］混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范： GB 50010-2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2015.

［2］四川省抗震設(shè)防超限高層民用建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)： DB51T 5058-2020 ［S］.成都：西南交通大學(xué)出版社， 2020.

［3］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： GB 50017-2017［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

［4］建筑樓蓋振動舒適度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： JGJT441-2019［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2019.

［作者簡介］趙純陽（1992—），男，本科，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。