浅析厦门湾1号高层结构设计

2015-12-11林滨晖

福建建筑 2015年5期

林滨晖

(福建广宇建筑设计院福建福州 350002)

1 工程概况

“厦门湾1号”位于开发区南滨大道双鱼岛对面，对望厦门轮渡中山路，用地北高南低，呈东西走向，本工程地块由8栋26～32层高层住宅、十几栋别墅及配套商业和社区服务用房组成，并设集中地下室作为停车库、设备用房。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，场地类别二类，50年一遇的基本风压0.8kN/m2，地面粗糙类别为A类。

2#楼地上32层，地下2层，建筑屋面高度为99.350，采用剪力墙结构。由于该工程所在场地高差较大，且房屋高度接近超限高层的高度限值，并因现场施工困难建设单位要求尽可能减少基础埋深，于是由建设单位组织专家对结构设计有关问题进行论证。关于2#号楼的建议有:(1)房屋高度均从室外最低点起算，地下室内为一侧靠山一侧开口的地下室，结构嵌固端设在地下二层底板处，因此2#号楼结构计算高度为108.35m，应参照地震安全性评价报告进行时程分析的补充计算。(2)若结构一侧有土一侧无土时，按静止土压力产生的水平力输入计算，并验算结构抗倾覆稳定性。(3)基础埋深应从室外最低点起算，建议进行大震时弹塑性的抗倾覆稳定验算，若其结构稳定性满足规范要求，可适当减小基础埋深。

2 针对结构的抗震性能进行的主要设计措施

2.1 结构不规则性判断

主楼结构标准层平面如(图1)，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.3条条文说明，平面布置属于角部重叠不规则，且平面中ι/b=8.4/9.8=0.86＜2，ι/Lmax=8.5/18.5=0.45 ＞0.35，亦属于平面凹凸不规则。经各项判断，无竖向不规则。

图1 标准层结构平面

2.2 设计措施

严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》中的相关条文进行设计，主要设计措施如下:

(1)严格控制周期比、位移比、剪重比、刚度比、刚重比、受剪承载力比、轴压比等各项指标。

(2)针对凹凸不规则，尽量对称布置剪力墙，使建筑物的质心和刚心尽量重合，对连接薄弱部位进行弹性验算。

(3)针对架空且层高突变的楼层，加大该楼层刚度，避免出现侧向刚度突变的竖向不规则。

(4)采用钢筋混凝土梁筏式基础，基础埋深从地下室底标高起算，筏板基础四周设钢筋混凝土墙，基础底板上覆1m厚覆土，筏板、侧墙及地下室底板形成一个箱体如(图2)，既可减少大面积土的回填，也可提高嵌固端的刚度和筏板基础的整体性，抵抗由地震作用、风荷载、土压力作用产生的基底弯矩。

1891年，一支50人的英军小分队在罗得西亚（即津巴布韦）用4挺马克沁机枪击退5000名祖鲁人进攻，并使3000名祖鲁人丧命，殖民者的残暴足见一斑。1898年，苏丹的恩图曼之战中，2万名伊斯兰教托钵僧被英国侵略军屠杀，其中的3/4死在马克沁机枪阵地前。而在1916年7月的索姆河战役中，当英法联军凭借强大的炮火准备，信心十足地从40公里宽的正面发动对德军的进攻时，遭到了德军240挺马克沁MG08型重机枪的疯狂扫射，英法联军顿时像割麦一样尸堆如山，一天之内就死伤5.7万人。马克沁重机枪由此获得了“寡妇制造者”“死神收割机”等诨名，成为闻名的杀人利器。

图2 剖面示意简图

3 采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算

《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.4条规定:当结构高度较高或刚度、承载力和质量沿竖向分布不规则，用振型分解反应谱法计算时无法得到真正的地震反应，应采用时程分析法作为补充计算。此2#楼为7度设防烈度且计算高度超过100m，应按规范进行时程分析补充计算。所谓“补充”，主要指对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较，当时程法分析结果大于振型分解反应谱法分析结果时，相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。

3.1 对结构进行常规的抗震验算

地震作用下水平荷载Qy震=9387.8kN，

3.2 选择合适的地震波进行时程分析计算

按GB50011－2001规定:“弹性时程分析时，每条时程曲线的计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线的计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%”。选择地震波，应按建筑场地类别和设计地震分组来确定，选取实际地震记录和人工模拟加速度时程曲线，我们通常称为自然波和人工波，其中自然波不应少于总数量的2/3，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响曲线在统计意义上相符。

本工程基础形式为为筏板基础，根据《高层建筑筏形与箱型基础技术规范》5.5.1条和5.5.2条进行稳定性计算。第5.5.1条条文说明:当高层建筑在承受较强地震作用、风荷载或其他水平荷载时，筏形与箱型基础应验算其抗滑移稳定性。抗滑移的力是基底摩擦力、平行于剪力方向的侧壁摩擦力和垂直于剪力方向被动土压力的合力。计算基底摩擦力F1时，除了按基础底面的竖向总压力和土与混凝土之间的摩擦系数计算外，还应按地基土抗剪强度进行计算，取二者中的小值作为抗滑移的力。依据公式KsQ≤F1+F2+(Ep－Ea)ι进行抗滑移稳定性验算，计算示意如(图6):

3.3 处理时程分析的计算结果

图3 SATWE时程分析楼层剪力图(地震波角=0.0度)

图4 SATWE时程分析楼层剪力图(地震波角=90.0度)

图5 SATWE时程分析地震波谱图

油田“代储代销”主要以易于集中，更新周期相对短、易损易耗配件为主，如泵配、链条、井控闸阀、油泵、气控原件、钢丝绳、水龙带、井口井下工具及部分钻（修）井配件、化工助剂等。由于代储代销涉及到商品买卖和仓储保管两方面的法律关系，因此对代储代销协议内容的约定，除了要遵循买卖合同的有关要求外，还需注意仓储保管方面的权利义务设定，避免以下情形的发生：可能存在质量不合格的物资被我方代储代销，给我方造成损失；代储物资在代储期间发生质量降低、毁损灭失等风险，供应商向我方主张赔偿责任；未能代销出去或代储代销期间超过安全使用期的物资，供应商处置不及时给油田造成人力、物力损失。

4 高层结构整体稳定性验算

当高层建筑高度较大，地震作用、水平风荷载较大，或存在土压力时，建筑结构的整体倾覆滑移验算十分重要，直接关系到整体结构的安全度控制。

本项目高层建筑主体下设置一侧靠山，主体与挡土墙共同作用，土层侧压力直接作用于主体结构上，应按静止土压力产生的水平荷载效应输入计算，考虑侧向土压力对基础和梁柱的影响和墙体不对称布置造成严重扭转对主体结构计算的影响，并进行地基稳定性验算，抗倾覆、抗滑移应符合《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》(JGJ6－2011)第5.5.1、5.5.2条的要求。

根据场地特点，本工程采用筏板基础，持力层为强风化云母花岗岩，基础的埋置深度取决于建筑高度、体型、地基土质等，约按结构总高度的1/15控制;本项目按规范计算后适当放松，取6m埋深，并进行稳定性验算。

通过图6中串电阻工况下动载系数的对比与分析可知，变频工况下起重机起升机构动载系数要小于串电阻调速时的动载系数，也就说变频调速技术可以有效地减小起重机启动时的动载系数，也就降低了其动载荷，也就提高了起重机械的使用寿命，也降低了工业生产的成本。

4.1 多遇地震下抗倾覆，抗滑移的验算

电算计算结果中控制基础底面零应力区:在地震作用效应标准组合下，对高层建筑的高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现拉应力。对高宽比不大于4的高层建筑，基础底面零应力区面积不应大于基础底面面积的15%。本项目高宽比为4.88，WMASS中可查询到零应力区面积为0%，结构整体抗倾覆验算结果满足规范要求。

本项目采用SATWE程序进行弹性时程分析，分别从X、Y向进行输入，峰值加速度取55cm/s2，从Tg=0.40s地震波数据库中选取试算，排除计算结果差异较大的波，最后确定选取7条地震波，包括5条天然波、2条人工波，主要结果汇总如下(图3、图4、图5)，可以看出，X、Y向各七条波中每一条的基底剪力都大于反应谱法基底剪力的65%，平均基底剪力大于反应谱法基底剪力的80%，例如(图3)中，地震波角=0.0度时，计算结果中CQC法的底部剪力为6834kN，平均底部剪力为5832kN＞0.8X6834kN=5467kN，且每条地震波计算的底部剪力均大于0.65X6834kN=4442kN，(图4)同理，故所选地震波是满足规范对时程分析要求的。在(图5)中，可以看出两条曲线相比，在对应于结构主要振型(T1，T2，T3)的周期点上相差不大于20%，满足规范中所谓“在统计意义上相符”。

图6 抗滑移稳定性计算示意

由JCCAD中可查恒+0.5活:G=511200kN，

根据安评报告，复核原设计的特征周期值和水平地震影响系数最大值，取大值修改，原设计中Tg=0.35s，依据安评报告改为0.40s，采用振型分解反应谱法(包括不考虑扭转藕联和考虑扭转藕联的CQC法)，得出结构的内力和位移。

风荷载作用下水平荷载Qy风=6354.9kN，Qy=0.2Qy风+Qy震=10658.8kN，

条文说明中查表3:基底摩擦系数:μ=0.60，

由PMCAD中竖向荷载导荷可知:总恒荷载G恒=283259kN

由土压力示意图可得，土压力合力:

由地基土抗剪强度计算，

故F1取小值169955.4kN

每个家庭都会做蒸鱼，但有时候蒸鱼表面熟了，底部却还没熟，再蒸又过火了，怎么才能把鱼蒸好呢？现在就来教大家一个小窍门，既可以除腥又可以把鱼蒸得均匀快熟。

因此在不考虑侧壁摩擦力的合力F2(有利荷载)时，该楼的抗滑移稳定性就已能满足要求。

机房当中的监控设备能够在一定程度上防止其事故的发生，还能够在某种层面上让电网自动化技术得到充分的运用。因此，为了能够让供电企业更好地安全运行，就必须要增加监控设备技术的使用，要将那些技术落后的，设备性能较差的全部淘汰掉，要将先进设备技术进行完善、安装。对不同的监控设备进行不同的安装方式，要在后期对其进行定期或者不定期的日常维护，与此同时，还需要将那些出现故障的设备，进行问题的分析，要找到出现问题的原因，如果是人工导致的，那么就会追究其责任，对工作人员进行处罚，让其能够更深地认识到供电设备维护的重要性，从而去实现供电的安全稳定性的提升，促进经济可持续发展[3]。

4.2 罕遇地震下抗倾覆，抗滑移的验算

按大震不屈服进行计算，设计中的地震影响系数最大值采用0.72，荷载分项系数取1，不计入风荷载的组合效应，不考虑与抗震等级有关的内力调整系数，取构件抗震等级为四级，材料强度采用标准值。

常用的方法，就是将时程分析法与CQC法的计算结果直接进行比较，若某楼层采用CQC法计算所得的层剪力或层弯矩明显小于采用时程分析法计算所得的层剪力或层弯矩时，则对该层的配筋应予以调整，适当加大。比较上图CQC法计算的楼层剪力曲线(图4，图5)，在大部分楼层能包络住平均反应曲线，仅在电算29层以上CQC法计算楼层剪力略小于平均反应剪力值，可见CQC法用于本工程的抗震分析是安全可靠的，设计中仍以CQC法计算结果为主，并将29层以上部分地震力予以放大，在SATWE中“顶层楼地震作用放大起算层号”中填29，“放大系数”取1.1后，重新进行位移及内力的计算。

凡此种种，尤其从2015年到现在，每一想起诸如此类的事情，莫名惊诧之外，还有巨大的空茫感与不确定性。我知道，这不是所谓的迷信，尤其是我们或可感知的冥冥中的律定与指派，游离与消失，它们所具备的那种类似被神明操纵的玄学意味，常常使得人心生感慨。

由电算结果得:地震作用下倾覆弯矩 Mx震=2697029kN·m，

土压力合力矩:

倾覆力矩:Mcx=Mx震+Mx土=2697029+198257=2895286kN·m

SATWE电算结果可知:

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因此大震下抗倾覆稳定性满足要求。

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大震时的抗滑移验算步骤略，经复核，亦满足要求。

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水景在小尺度空间景观设计应用中还应注意以下指导思想和设计原则：①因地制宜，注重整体布局以及与周边环境相协调；②推陈出新，动静结合，避免单调呆板，体现水景时代亮点，营造特色景观；③重视水景营造的经济性与可行性以及后期维护、治理便捷性；④以人为本，重视公众参与性及安全性.

《高层建筑混凝土结构技术规程》12.1.8条表示，当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足承载力，稳定性要求的前提下，基础的埋置深度可适当放松。本工程在满足大震弹塑性时抗倾覆滑移的稳定性验算的前提下，基础埋深放松至6m，并于基础底板上增加覆土，底板四周设置剪力墙，提高其基础稳定性。这一方案也得到本工程审查与会专家的认可。