泉州某高层商业办公楼结构设计

张恩灿

联发集团有限公司（361006）

泉州某高层商业办公楼结构设计

张恩灿

联发集团有限公司（361006）

泉州某高层商办楼存在扭转不规则、竖向尺寸突变、部分框架柱转换等三项不规则超限问题。针对本楼的超限情况，结构设计采取了多项措施：框架柱转换位置，竖向尺寸突变位置所在层及相邻层楼板加厚，转换构件增设型钢，转换构件抗震等级提高一级，剪力墙底部加强部位取1～4层并对结构进行小震弹性时程分析，对转换构件等关键构件进行中震弹性复核和大震截面控制条件复核。结构整体设计达到了预期的性能目标。

不规则；转换牛腿；弹性时程分析；抗震性能设计

1 工程概况

本项目位于泉州石狮市永宁镇海滨，用地面积28 841.0 m2，总建筑面积约6.7万m2。其中3#楼为商业办公楼，地下1层，地上13层，总建筑面积约2.38万m2。其中地下1层层高4.55 m，1～2层商业层高为6 m，其余楼层高为3.3 m，建筑高度为48.75 m。3#楼在转角处设置变形缝，文章介绍其中的3-2#楼（以下简称本楼）结构设计情况。本楼主楼楼平面尺寸为 80 m×22.7 m，1～2层商业带 1～2跨裙房（平面图见图1，裙房外边与主楼边最大距离为18.6 m）。为保证1～2层商业的空间需求，上部主楼局部中跨两根框架柱在3层楼板位置，通过转换牛腿转换成单根框架柱。因商业空间要求转换牛腿底部需平整不能变截面。

本工程结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，50年一遇的基本风压取w0=0.8 kN/㎡，地面粗糙度为B类，抗震设防类别为标准设防，抗震设防烈度8度（0.2 g），设计地震分组为二组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.4 s。

图1 3层平面布置图（斜线填充部分为裙房）

2 结构超限情况

本楼采用框架—剪力墙结构体系，本楼存在主要不规则情况如下:1）扭转不规则，考虑偶然偏心的扭转位移比1.33大于1.2。2）竖向尺寸突变，本工程3层楼板标高处竖向构件位置缩进尺寸为下部楼层的45%，13层楼板标高处竖向构件位置缩进尺寸为下部楼层44%。3）部分框架柱转换，3层楼板标高处部分中跨两根框架柱通过转换牛腿转换成单根框架柱（转换柱）。根据建设部 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附件1，本楼属于规则性超限高层建筑工程。

3 针对超限采取的措施

图2 转换牛腿剖面图

根据本楼规则性超限的情况，结合专项审查专家意见，采取以下加强措施:1）补充多遇地震下的弹性时程分析，取3条时程曲线计算结果的包络值与振型分解反应普法计算结果的较大值进行结构计算分析。2）进行性能化设计，转换柱及转换牛腿按中震弹性复核，转换牛腿应满足大震抗剪截面控制条件。3）转换柱加型钢做成型钢混凝土柱，转换牛腿也加设型钢（详图2），转换柱和转换牛腿抗震等级提高一级。4）底部加强部位高度取至五层楼面标高处。5）通过适当加强边跨墙柱、边跨框架梁来提高结构抗扭刚度。6）因3层楼板标高处框架柱转换、竖向构件位置缩进，3层板厚取150 mm，楼板配筋率0.25%双层双向拉通，2层及4层板厚取120 mm，楼板配筋率0.25%双层双向拉通；因13层竖向构件位置缩进，13层及与其相邻上下层板厚取120 mm，楼板配筋率不小于0.25%双层双向拉通。

4 结构计算与分析

4.1 小震作用分析

采用SATWE作为主计算软件，同时用PMSAP软件进行对比分析，用振型分解反应普法计算地震作用。从两个软件的计算结果来看，结构自振周期、周期比、楼层剪力、剪重比、层间位移角、位移比等指标相差不大，且均满足规范要求。

结构自振周期第一阶模态为X向平动，第二阶模态为Y向平动，第三阶模态为扭转。第一扭转周期与第一平动周期的比值为0.91/1.4=0.65，小于规范限值0.9；结构最大层间位移角为1/811，满足规范限值1/800的要求；结构的X向最大位移比为1.33＜1.5，结构的Y向最大位移比为 1.14＜1.2（本段数据均为SATWE计算结果）。

补充多遇地震作用下弹性时程分析，并与振型分解反应普法计算结果进行比较。弹性时程分析采用两条天然波和一条人工波，用SATWE软件进行弹性时程分析，计算结果如表1所示。输入三条地震波后计算得到的结构底部剪力均大于振型分解反应普法计算结果的65%，计算得到的结构底部剪力的平均值大于振型分解反应普法计算结果的80%，符合规范对地震波的选用要求。最后取时程分析结果包络值与振型分解反应普法计算结果的较大值进行设计。

表1 弹性时程分析计算结果

4.2 中震作用下弹性验算

采用SATWE软件进行中震弹性计算，中震作用分析结果表明，型钢混凝土转换柱和型钢混凝土转换牛腿的抗震承载力均符合规范要求，满足中震弹性的要求。

4.3 大震作用下转换柱帽截面控制条件验算

采用SATWE软件进行大震不屈服计算，根据计算出的地震剪力标准值进行转换牛腿的截面验算，结果表明型钢混凝土转换牛腿的抗剪截面满足大震作用下的要求。

5 结论

本工程属于规则性超限的高层建筑，存在扭转不规则、竖向尺寸突变、部分框架柱转换等多个不规则超限问题。根据本楼不规则情况，通过小震、中震、大震作用下一系列计算对比分析，采取了相应的抗震构造加强措施及制定适宜的抗震性能目标。结构在小震作用下各项指标均满足规范要求，关键构件在中震和大震作用下能满足既定的性能目标。

1）小震作用下，采用SATWE和PMSAP两个软件得到的计算结果相差不大。周期比、剪重比、刚度比、楼层质量参与系数、层间位移角、位移比、轴压比等指标均满足规范要求。小震作用下，剪力墙、框架柱、转换柱、转换柱帽、框架梁、次梁等构件的配筋计算结果基本在规范允许的合理范围，表明构件承载力基本满足规范要求。

2）中震作用下，通过在转换柱和转换牛腿增设型钢等措施，经计算分析增设转换柱和转换牛腿抗震承载力均满足规范要求，转换柱和转换牛腿达到了中震弹性的性能目标。大震作用下，增设型钢后的转换牛腿的截面验算满足规范要求，转换牛腿截面满足大震的截面控制条件。