常州科教城C区裙房结构设计

宋九祥　沈　伟

(南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京　210002)



常州科教城C区裙房结构设计

宋九祥沈伟

(南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京210002)

结合常州科教C区裙房的结构设计现状，调整了该结构的刚度，并进行了抗震性能化设计，通过罕遇地震下的Pushover分析表明，该结构的各项抗震性能指标均满足规范要求，且可实现大震不倒的目标。

结构设计，抗震性能，刚度，Pushover分析

1　工程概况

项目位于常州市武进区，主要功能为研发办公、商业。由2层地下室、裙房和2栋塔楼组成，总建筑面积14.7万m2，地上10.3万m2，地下4.4万m2，裙房平面尺寸135 m×114 m，地下平面尺寸174 m×123 m。塔楼和裙房之间设置变形缝，划分为4个独立结构单元，A，C区均为5层，首层层高6.6 m，其余层4.2 m～5.6 m，B区17层，高70.90 m，D区24层，高98.20 m，分区图及建筑效果图如图1所示。典型平面布置图如图2，图3所示。

本工程结构设计基准期50年，安全等级二级，抗震设防烈度7度(0.10g)，设计地震分组第一组，建筑场地类别Ⅲ类，场地特征周期0.45 s。建筑抗震设防分类：丙类。基本风压Wo=0.40 kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度B类。

其中C区裙房典型柱网9.0 m×9.0 m，采用钢筋混凝土框架结构体系，为存在连接薄弱、扭转不规则、平面不规则、局部穿层柱、楼板不连续等多项不规则的复杂建筑，下面将着重对C区裙房结构设计进行阐述。

2　地基与基础设计

主楼与裙房之间质量、刚度差异较大，设计采取以下措施控制沉降：

1)选择合理基础形式，减小差异沉降，基础平面布置图见图4。B区、D区塔楼均采用桩筏基础，其余区域采用桩基承台+防水板基础。利用变刚度调平概念，塔楼选用500 mm方桩，桩长24 m，承载力特征值2 500 kN，其余区域选用500 mm管桩，桩长24 m，承载力特征值1 800 kN，两种桩均以粉砂夹粉质粘土层为桩端持力层，地下室区域桩兼抗拔使用。

2)塔楼与裙房之间设置沉降后浇带，待主体结构封顶、沉降稳定后再进行二次浇筑封闭。

目前该项目已经竣工，实测沉降：B塔16.25 mm～17.83 mm，D塔20.63 mm～22.45 mm，裙楼8.66 mm～10.02 mm。塔楼内部相邻柱间差异沉降均不大于2 mm，整体挠度值小于0.02%，沉降后浇带封闭后，主、裙楼柱间沉降差小于1 mm，整体挠度值小于0.01%，均远小于规范[5]限值0.2%，原设计措施是得当的。

3　针对不规则情况的概念设计

C区裙房为L形不规则平面，且2层～4层为细腰形连接，如图2所示。通过调整结构刚度分布，使得结构位移比不超1.4，同时为保证连接薄弱部位退出工作后各结构单体具备独立承载能力，设计采用整体模型、去掉细腰连接部位模型、去掉所有连接部位各单塔模型(见图5)分别进行分析，多模型计算结果包络设计。

提高弱连接部位及相邻竖向构件抗震性能目标，按抗弯中震不屈服、抗剪中震弹性控制，延缓整体结构薄弱部位破坏，提高结构整体抗震性能。

跃层柱线刚度较小、计算分担剪力少，为保证跃层柱在地震作用下的抗震性能，采用以下措施增强其承载力：提高一级抗震等级并将箍筋沿柱全高加密，跃层柱分担地震剪力不小于楼层所有非跃层柱所承担地震剪力平均值，采用抗剪中震弹性、抗弯中震不屈服进行配筋设计，同时使跃层柱配筋亦不小于相关范围非跃层柱配筋。

4　小震弹性分析

小震弹性分析是结构设计的重要部分，结构布置的优劣，结构刚度的均匀性在很大程度上决定了结构在中震、大震作用下的性能。本工程采用SATWE软件对C区裙房实行多模型对比分析，小震下模型周期、位移如表1～表3所示。

表1　结构周期(一)

整体计算Tt/T1=0.892<0.90，去掉细腰部位计算Tt/T1=0.887<0.90，满足规范[3]要求。

表2　结构周期(二)

左单元Tt/T1=0.846<0.90，右单元Tt/T1=0.893<0.90，满足规范[3]要求。

所有模型最大层间位移角均满足规范[3]1/550限值要求，位移比均不大于1.40。

由以上可知，即便薄弱连接部位退出工作，独立单体仍然具备独立承载能力，将按以上模型包络设计，确保结构安全。

表3　结构位移和位移比

5　小震弹性时程分析

C区裙房属特别不规则结构，本工程进行了多遇地震下的弹性时程分析。选取2条天然波和1条人工波进行计算。3条波的平均谱与规范谱对比如图6所示，在主要振型的周期点上，平均谱与规范谱相差小于20%，满足抗规[3]在统计意义上相符的规定。

图7为3条波时程分析结果与反应谱结果对比，每条波结构底部剪力均不小于反应谱法的65%，3条波结构底部剪力平均值不小于反应谱法的80%，满足抗规[3]要求。计算结果取两者包络值，全楼地震力放大系数取1.09。

6　抗震性能化设计

为保证跃层柱及大跨弱连接部位梁柱具有适宜的承载力、延性和抗震安全储备，以上构件采用抗剪中震弹性、抗弯中震不屈服进行配筋设计。将地震力影响系数最大值调整为0.23，取消组合内力调整系数；构件的抗震等级为四级。

计算结果表明，上述部位构件在提高一级抗震等级后，按小震下计算配置的抗剪钢筋基本满足性能化目标要求，抗弯钢筋需与中震结果进行包络设计。

7　罕遇地震下的Pushover分析

为保证结构大震不倒，采用EPDA&PUSH软件进行了静力弹塑性Pushover分析。图8为结构0度方向静力Pushover曲线(其余方向与此类似)，由图8可知，大震下基底剪力约为小震的3.0倍，符合概念控制要求。性能点处最大层间位移角1/149，小于规范限值1/50较多，表明在抗倒塌能力上有较大余地。

8　大跨度框架舒适度验算

弱连接连廊处跨度18 m，楼面梁高仅900 mm，竖向自振频率计算[1]：

峰值加速度αp计算[1]：

αp/g=p0e-0.35fn/βw=0.001 28≤α0/g=0.005。

结构舒适度满足规范[4]要求。

9　结语

1)通过采用不同刚度桩基础，设置沉降后浇带，能有效控制塔楼与裙房间沉降差；2)通过多模型包络设计，针对薄弱部位采取有效的抗震加强措施，整体结构各项抗震性能指标满足规范[3]要求；3)进行小震下弹性时程分析，验证振型分解反应谱法合理性，计算得到全楼地震力放大系数为1.09；4)对跃层柱进行性能化设计，并采取一系列加强措施，能保证跃层柱在地震工况下的抗震性能；5)进行大震下Pushover分析，结构可以实现大震不倒，并在抗倒塌能力上有较大余地；6)进行弱连接连廊处舒适度验算，结构梁竖向自振频率及峰值加速度均能满足规范要求。

[1]傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]常州科教城4号楼及5号楼A、C区裙房抗震专项审查[Z].2011.

[3]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[4]JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[5]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

Podium C structure design of Changzhou science and education city project

Song JiuxiangShen Wei

(Nanjing Changjiang Urban Architectural Design Co., Ltd, Nanjing 210002, China)

Combining with podium C structure design status of Changzhou science and education city, the paper adjusts its structural rigidity, and carries out seismic performance design. Through Pushover analysis in rare seismic, it shows that the structural seismic performance indicators meet design demands. Furthermore, it can realize the seismic resisting goal.

structural design, seismic performance, rigidity, Pushover analysis

1009-6825(2016)25-0035-03

2016-06-28

宋九祥(1979- )，男，高级工程师，国家一级注册结构工程师；

沈伟(1967- )，男，研究员级高级工程师，国家一级注册结构工程师

TU318

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