某大厦结构设计与分析

2011-02-06来武清

山西建筑 2011年12期

来武清

1 工程概况

本工程为重庆市轨道交通一号线、三号线两路口换车站、地铁控制中心及物业开发的综合性建筑，位于重庆市渝中区两路口，总建筑面积约为7.94万m2，地上建筑6.76万m2，地下建筑面积1.18万m2，结构总高度143.10 m;其地下4层，局部为地下5层，地上39层，其中8层以下为裙房。地下5层为地铁三号线的区间;地下4层为一号线的站台层;地下3层为设备用房，其南侧与之紧邻的是地铁一号线、三号线的换乘站厅;地下2层，地下1层及首层为商业开发;2层、3层为办公用房;4层、5层为地铁公司的办公和餐饮用房;6层、7层为地铁控制中心的工艺用房;8层为控制中心的调度大厅及办公用房;9层以上为双塔套型住宅，两塔楼平面基本对称。根据勘察报告，建筑范围内出露中等风化基岩，岩体较完整，强度高，力学性质稳定，场地属Ⅰ类场地，为建筑抗震有利地段，可直接作为基础持力层。

2 主要超限内容

本工程主要超限内容有:1)高度为143.1 m，超过高规规定的A级建筑最大适用高度;2)塔1地下5层地铁三号线区间穿过，对无法落地的框架柱在地下5层顶部采用斜撑局部转换;3)采用框架—剪力墙结构，21层以下塔楼范围内框架柱采用型钢混凝土柱，其余柱采用钢筋混凝土柱，剪力墙采用普通钢筋混凝土，整个结构不设抗震缝，属大底盘双塔的复杂高层建筑，且双塔建筑结构层数与高度相同，结构平面相近。

3 结构计算分析

3.1 结构动力分析

工程采用SATWE软件进行计算，并以此作为设计依据，同时采用ETABS，PMSAP软件进行验算，计算结果作为设计参考，结构分析中选取36个振型，结构弹性分析阻尼比取0.05。几种软件的计算结果接近，从侧面反映出结构建模与分析的正确性。

结构自振周期和位移计算结果见表1～表3。计算结果表明，结构的主振型以平动为主，扭转振型的周期与平动周期之比及楼层最大水平位移与平均位移之比均低于规范限制要求，表明结构体系合理。

表1 塔1结构自振周期计算主要结果

3.2 地震剪力及倾覆弯矩分析

底部楼层水平荷载作用下剪力、倾覆弯矩及竖向荷载见表4。可以看出，SATWE和PMSAP的计算结果很接近。

表2 塔2结构自振周期计算主要结果

表3 结构层间位移角计算主要结果

表4 地震剪力及倾覆弯矩计算主要结果

3.3 补充动力弹性时程分析

工程在地震作用弹性时程分析的基础上，进行了动力弹性时程分析，以判断建筑结构体系的性能在多遇地震作用下各时段的表现，查看结构最大层间位移角幅值是否满足规范的要求，以确保这些重要构件在地震作用下不破坏。动力时程分析所用主要参数见表5。

表5 动力时程分析所用主要计算参数表

工程采用PKPM系列软件SATWE与PMSAP分别进行弹性时程分析，选用内置的Ⅰ类场地设计特征周期Tg=0.25 s的一组人工地震波和两组实测地震波进行结构分析，结果见表6。

3.4 局部补充验算

本工程塔1地下5层地铁三号线区间穿过，对无法落地的框架柱在地下5层顶部采用斜撑局部转换，以满足地铁功能使用要求，且斜撑转换具有传力路径更加明确，受力方式更为合理;另外斜撑转换的转换层与上下层的刚度比变化幅度很小，在地震作用下，可以避免结构层间剪力和构件内力发生突变，有利于结构抗震。

表6 弹性动力时程分析基底剪力计算主要结果

4 结构应对措施

1 )本工程以地下1层为嵌固层，为加强楼板刚度，取板厚不小于200 mm，楼板配筋率不小于0.25%，双层双向配筋。2)提高整体结构的延性，增加整体结构在地震下耗能性能，满足抗震设计要求，本工程设计中严格限制剪力墙、框架柱轴压比，小于规范限值;提高筒体四角墙体暗柱配筋率及墙体分布筋配筋率等构造措施;加强连梁等耗能构件的上、下纵筋配筋率及箍筋配箍率设计。3)对于地下室以及裙房超长结构，设置后浇带的方法解决混凝土的干缩应力和早期温度变形，适当提高混凝土水平构件受力及贯通钢筋的用量，并配置构造抗裂钢筋，在施工图阶段考虑适当添加混凝土微膨胀剂等辅助措施，以改善混凝土抗裂性能。4)本工程剪跨比λ小于2的框架柱，为提高其强度和延性，柱纵筋、箍筋采用三级钢;提高柱纵筋配筋率、箍筋配箍率;柱箍筋采用复合箍，柱全高加密。