某哑铃型办公楼抗震分析与设计

周慧鑫 王 干 赵建忠

(苏州工业园区设计研究院股份有限公司，江苏苏州 215021)

1 工程概况

某办公楼地下1层，地上6层，建筑面积13 480．22 m2，建筑总高23．7 m。设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为三类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0．05g，建筑抗震设防类别为标准设防类，结构体系为钢筋混凝土框架剪力墙结构，框架抗震设防等级为四级，剪力墙的抗震设防等级为三级，地基基础的设计等级为乙级，基础为筏板基础。地面粗糙度类别为B类，基本风压0．45 kN/m2，基本雪压为 0．4 kN/m2。

本工程建筑平面呈哑铃型，长 L=56．2 m，宽 B=45．2 m，凹入尺寸 l=27．6 m，L/B=1．24，l/B=0．61 ＞0．35，属于平面不规则建筑且超规范限值较大。尽管建筑竖向体型均匀、规则，但本工程仍属于特别不规则建筑。

2 结构方案确定

结构方案设计时，如沿用传统信息思路则应通过设置抗震缝将上部结构分割成较为规则的三个单体，但本工程综合考虑各种因素后，决定采用无缝设计，不设抗震缝，按照“工”形进行整体设计，主要因素如下:

1)此建筑周边由连续的玻璃幕墙作为围护构件，如果分缝处理，玻璃幕墙在分缝处的连接施工工艺复杂，并且在总体布局上感觉为凌乱的多个建筑体块，影响建筑整体效果。

2)在以往的结构概念中，认为多个独立的规则的结构单元，能够很好的保证结构在地震作用下的结构安全性，但在最近一些地震震害分析中发现，结构单元之间的抗震缝宽度均在经验基础上设计，因具体结构体系的差别，以及地震力大小的区别，引起了结构水平作用位移远远超过抗震缝的实际宽度，致使在地震时，发生了较高概率的碰撞。致使抗震缝两侧的非结构构件(填充墙，女儿墙)及主结构构件(梁，柱，剪力墙)发生破坏，诸如在1994年北岭地震(1994 Northridge earthquake)和2008年汶川地震等大震中，都存在相邻建筑物相撞引起的结构构件，造成较大的人员伤亡和财产损失;在汶川地震中，绵阳市检察院新建综合办公楼，由于地震时伸缩缝被拉开又重合，造成巨大的冲击力，导致顶部幕墙局部震碎形成“玻璃雨”。

3)正常使用情况下，因存在抗震缝(即永久缝)，致使在建筑防水的处理上，难以达到完美;同时因本建筑特点，从入门厅至办公室中每次均需跨越永久缝，影响人的自身生理感觉。

4)针对本工程的特点，在楼梯间处集中布置剪力墙，形成封闭筒体，保证楼板水平力的有效传递。其次在结构平面的四角处巧妙利用建筑墙体设置剪力墙，减小结构在地震作用下的扭转效应。

结构典型平面布置见图1。

图1 结构平面布置图

3 结构计算分析

3．1 设计理念

我国现行抗震规范GB 50011-2011第3．4．4条的规定:特别不规则的建筑，应经专门研究，采取更有效的加强措施或对薄弱部位采取相应的抗震性能化设计方法。综合考虑抗震设防类别，设防烈度，场地条件，结构的特殊性，安全性，可修复性等各项因素，本工程的结构抗震性能目标水准定为D级［1-3］。性能设计指标见表1。

表1 性能设计指标

为了达到预期的设计目的、实现预定的抗震设防目标，分别进行了以下计算，见表2。

3．1．1 主要计算参数

混凝土容重取26 kN/m3，计算X，Y两个方向的风荷载和水平地震作用;结构重要性系数为1．0;振型组合方法为CQC;计算振型为15个;考虑偶然偏心和双向地震扭转效应。周期折减系数取 0．7。

表2 设计计算情况

3．1．2 计算结果

小震作用结果如表3所示。

表3 小震作用计算结果

无超配筋信息，满足性能水准1的要求。

框架柱剪力墙正截面承载力中震不屈服验算的目的是考察框架剪力墙在中震作用是否满足正截面不屈服的性能设计目标，结果表明，本设计满足中震的性能设计目标4。

大震截面受剪验算的目的主要是考察竖向构件在大震作用下是否满足性能设计目标，经计算，所有竖向构件在大震作用下均能满足截面受剪尺寸要求，满足大震下防止框架柱发生脆性破坏的性能设计目标要求:满足性能水准5的要求。现取典型构件计算，见表4。

表4 大震作用计算结果

3．2 楼板有限元应力分析

在楼板薄弱平面有效宽度较小，有必要进行楼板有限元应力分析验证，验证加设剪切筒体是否能够有效保证水平力的传递，验证楼板厚度是否满足设计要求，保证在中震作用下，楼板的有效性。

根据计算结果云图可知，加设剪力墙筒体后，楼板应力较纯框架结构分布更加均匀，无楼板应力集中现象，满足强度要求，也能有效的保证水平力的传递，见图2，图3。

图2 有剪力墙核心筒时楼板应力

图3 无剪力墙核心筒时楼板应力

4 结语

尽管平面极其不规则，但通过多工况多软件计算分析，以及合理的结构构造措施，多工况计算结果显示，结构表现出良好的抗震性能，可以确定现有设计是安全的、合理的。

1)哑铃型结构在结构概念上为平面不规则结构体系。但经过合理的结构设计，借助结构软件的计算分析，能够满足结构抗震性能设计目标;

2)楼板薄弱部位设置剪力墙筒体，可以有效降低应力集中，减轻震害，并可保证水平力的有效传递;

3)细腰处楼板厚度采取加厚，厚度不宜小于150 mm，配筋率不宜小于0．25%，且钢筋应双层双向拉通。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．

［2］JGJ 3-2010备案号J 186-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．

［3］基于性能的抗震设计——现状与课题(2012版)［M］．北京:中国建筑工业出版社，2012．