超限建筑裙房結構設計研究
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［摘要］以某超高層建筑的東側裙房為例，介紹了塔樓與裙房之間抗震縫設置的情況；針對東裙房，介紹了其超限判斷情況及對此類超限建筑制訂的抗震性能目標。通過小震、中震、大震的結構計算分析，找出結構的薄弱位置，根據(jù)不同位置的結構構件制訂不同的性能水準滿足既定抗震性能目標的實現(xiàn)。對某些抗震不利位置，如大跨度框架、大懸挑位置支撐柱、大全懸挑梁、越層柱及穿層柱等均提高其抗震性能目標。對結構整體計算參數(shù)中的周期、位移角、樓層剛度比、框架承擔的地震傾覆彎矩比等參數(shù)均做了比較詳細的介紹。同時對5層電影院樓板不連續(xù)位置做了應力分析。對以后此類超限結構工程具有一定的參考價值。
［關鍵詞］超限；性能目標；大懸挑大跨度；大震不屈服
1工程概況
本工程為某文化藝術中心三館二期項目，位于濟南西部城區(qū)的核心區(qū)域，一期為美術館、圖書館、群藝館。二期為公共及配套設施。二期項目總占地面積46500m2，總建筑面積215023m2，包括1座高層塔樓及裙房和2層地下室，塔樓地上34層，建筑功能為商務辦公、五星級酒店；裙房地上6層，高度40m，建筑功能為書城、商業(yè)綜合體；地下2層為地下車庫及設備用房。東西裙房之間±0.000及以上采用雙柱設結構永久縫，主塔樓與西裙房之間不設永久縫，為滿足建筑功能要求，下部為整體地下室，不設永久縫。主塔樓采用混凝土框架–核心筒結構。東側裙房采用混凝土框架–剪力墻結構。
2超限情況判別
2.1結構設縫情況
東西裙房之間根據(jù)建筑功能要求，設置一道抗震縫。建筑首層平面及抗震縫設置如圖1所示。
2.2不規(guī)則情況
東裙房超限判別，見表1，同時具有表1所列3項及3項以上不規(guī)則的高層建筑工程即為超限高層建筑。從表1中可以看出，本工程滿足3項不規(guī)則的要求，需要進行超限高層建筑工程抗震設防專項審查。
2.3結構體系
東側裙房抗震設防類別為乙類，安全等級一級，結構重要性系數(shù)1.1。東裙房采用框架–剪力墻結構；剪力墻抗震等級為一級，框架抗震等級為二級。地下1層相關范圍（裙房與主樓的相關范圍：從主樓和裙房周邊外延3跨且不小于20m）的抗震等級同上部結構；超出地下室相關范圍的抗震等級為三級。結構南側臨空，采用嵌固端分別位于±0.000和地下1層底的包絡設計，±0.000以下不設縫，有利于保持超高層結構嵌固端的整體性，且便于使用與維護，同時避免地下室外墻防水因分縫造成的不利。
3結構性能目標選取
3.1性能目標定義
超限建筑工程的結構設計中，抗震性能設計著重于通過現(xiàn)有手段（計算措施及構造措施），采用包絡設計的方法，解決工程設計中的復雜技術問題?？拐鹦阅茉O計的基本思路是“高延性、低彈性承載力”或“低延性、高彈性承載力”。JGJ3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中，將結構的性能目標分為A,B,C,D等4個等級；抗震性能分為1,2,3,4,5等5個水準。這4個性能目標的結構，在小震下均滿足1的性能水準，即滿足彈性設計要求。但在中震或大震情況下，4個性能目標所要求的抗震性能水準有較大差別。A級是最高等級性能目標，中震下滿足1的性能水準，即滿足彈性，大震下滿足2的性能水準，即仍基本處于彈性。B級要求在中震下滿足2性能水準，即基本處于彈性，大震下滿足3性能水準，即有輕度損壞。C級到D級對性能水準的要求逐級降低。本工程在設計時，西塔樓及東裙房整體均按性能目標C級設計。對局部大跨度、大懸挑、躍層柱及穿層柱等關鍵構件相應提高其性能目標。
3.2構件類別定義及性能狀況
根據(jù)JGJ3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》性能目標C的要求，要在小震、中震及大震下滿足1,3,4的性能水準，分別對關鍵構件、部分豎向構件及耗能構件提出不同的承載力要求。東側裙房性能目標見表2。
4整體計算分析
4.1動力特性分析
考慮扭轉耦聯(lián)時的振動周期（s）、x,y方向的平動系數(shù)、扭轉系數(shù)見表3。由表3可知，結構第一振型為y向平動振型，第二振型為x向平動振型，T2/T1=0.99>0.8；結構第三振型為扭轉主振型，結構扭轉為主的第一自振周期/平動為主的第一自振周期Tt/T1=0.82<0.9，不屬于扭轉不規(guī)則結構。
4.2層間位移角與扭轉位移比
地震作用下的樓層最大位移：小震作用下最大層間位移角，產生于第3層，x,y方向層間位移角分別為1/1215,1/1184，小于1/800滿足規(guī)范要求。風荷載作用下的樓層最大位移角遠小于規(guī)范值。本工程屬于地震控制工況，且結構樓層層位移比、層間位移比均不大于1.20，不屬于扭轉不規(guī)則結構。
4.3樓層剛度比
樓層剛度比見表4。表4中，Ratx,Raty指x,y方向本層塔側移剛度與下一層相應塔側移剪切剛度的比值；Ratx1，Raty1代表x,y方向本層塔側移剛度與上一層相應塔側移剛度70%的比值或上3層平均側移剛度80%的比值中較小者。從表4中可以看出各層剛度比值較為接近，結構沒有出現(xiàn)薄弱層。
4.4框架承擔的地震傾覆彎矩
結構中框架或短肢剪力墻承擔的傾覆力矩信息見表5。表5中，Mov為結構總地震傾覆力矩，Mc為框架部分承擔的傾覆力矩。由表5可見，首層剪力墻承擔的地震傾覆彎矩，x方向、y方向均大于50%且小于80%，東裙房屬于典型的框架–剪力墻結構。
5特殊結構設計
根據(jù)計算的5層樓板x向，y向小震和中震作用下軸力分布圖趨勢，可以發(fā)現(xiàn)在樓板開洞、樓板連接薄弱部位、剪力墻圍合處拉力較大，對薄弱區(qū)板厚加厚為150mm，配筋采用雙層雙向設計。該位置處的樓板鋼筋拉應力按360MPa控制，由樓板大震分析可知，x向大震標準組合作用下樓板大部分范圍剪力小于50kN/m，局部最大剪力為85kN/m，均小于樓板抗剪截面限制條件0.15fckbh0=0.15×20.1×130=392kN/m。5層樓板y向小震和中震作用下軸力分布圖趨勢圖拉力也在樓板開洞、樓板連接薄弱部位、剪力墻圍合處拉力較大，對薄弱區(qū)板厚均加厚為150mm，配筋采用雙層雙向設計。
6結束語
本工程結構為高度、多項平面及豎向不規(guī)則的超限高層建筑，通過對結構的整體計算分析，各項技術指標均能較好地滿足結構規(guī)范要求；同時根據(jù)計算結果采取必要的構造加強措施，對樓板開大洞通過樓板薄弱區(qū)域局部加厚、配置雙層雙向受拉鋼筋等措施加強。根據(jù)反應譜小震作用、彈性時程分析、靜力彈塑性分析結果來看，本工程結構布置可滿足既定的抗震性能目標，結構設計方案切實可行，為今后的超限類項目提供數(shù)據(jù)參考。
參考文獻
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[3]朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程應用與分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.
作者：張南 姚永濤 趙光明 李智 魏強 單位：同圓設計集團有限公司