某医院综合楼超限高层结构概念设计分析

王小虎

摘 要：对于某超限高层的结构规则性进行判断分析，为使结构满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，在采用多遇地震下常规设计方法的同时，采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证。并对超限高层根据各个超限情况采取相应的抗震加强措施来保证结构的安全性。

关键词：超限高层；不规则判定；抗震性能设计；抗震加强措施

1 工程概况

本工程为兰州市中医医院异地重建项目-医院综合楼，位于兰州市安宁区。主楼地上17层，裙楼4层（局部5层），地下2层。主要功能为医院入口大厅、门诊诊疗用房、医疗技术功能用房、病房及办公用房。裙楼一至四层为门诊诊疗用房，局部五层为学术报告厅；主楼一至二层主要为住院门厅、药房及医疗技术用房，三层主要为手术室、重症监护及内窥镜中心，四层主要为血透中心及设备层，五层为医院办公用房，六层为产科病房，七至十七层为病房。房屋建筑高度为69.85m，平面形状为矩形，长度为140.40m，宽度68.70m，五层标高18.70m以上Y方向收进46.80m，为体型收进的复杂高层建筑结构。七至十七层X向中间三跨结构取消，形成大底盘双塔结构。塔楼长58.50m，宽21.90m。

根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，查得该地区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值0.20g，设计地震分组为第三组，特征周期为0.45s。

本工程主体结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，抗震设防分类为乙类，按本地区抗震设防烈度8度（0.20g）确定地震作用，按9度抗震确定抗震措施。剪力墙抗震等级为一*级，框架抗震等级为一*级。

2 上部结构选型及布置

本工程一至四层平面呈“凸”字形，较为规则，平面尺寸为140.40[×]68.70m。为尽量保证医疗功能的完整性、医疗流线的顺畅，结构设计时将主、裙楼连为一体。采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板结构。二至四层门厅上空有23.40x23.70m的楼板开洞，门厅下侧在二、四层形成穿层柱、单边梁，门厅部位在四层顶部设报告厅，形成23.40x23.7m大跨度空间，选用型钢混凝土梁大井字套小十字梁的布置方式，结构计算时大跨度梁考虑竖向地震作用。

3 超限情况判断

本工程主裙楼连接部位（医疗走廊）部位由于设置天井及扶梯，形成四处楼板开洞，有效宽度与相应部位房屋宽度比值为41%<50%；裙楼门诊天井与中庭上空三处楼板开洞，有效宽度与相应部位房屋宽度比值为63%>50%。

本工程竖向在五层平面收进，六层相对五层收进68.12%，且七层以上X向中间部位三跨结构取消形成大底盘双塔结构，导致结构侧向刚度及承载力有明显变化；主楼综合质心相对裙楼综合质心偏心距与底盘相应边长比值为27.8%>20%。

本工程超限判断依据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质[2015]67号文中表二～表四规定，对平面及竖向规则性进行判断见表1、2。

通过上表判断，本工程属于同时具有表1中四项不规则及表2中一项不规则的高层建筑工程。

4 抗震设防

4.1 抗震性能设计

针对本工程结构类型及不规则性判断的情况，为使结构满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，在采用多遇地震下常规设计方法的同时，采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证，根据结构可能出现的薄弱部位及需要加强的关键部位，对构件的性能目标进行细化，拟确定的性能目标为C级，采取的抗震设计性能目标的选择见表3。

4.2 抗震等级

剪力墙抗震等级为一*级，框架抗震等级为一*级；其中双塔主楼周边一至七层框架柱及剪力墙、裙房周边三、四层框架柱及剪力墙抗震等级为特一级；单边梁及穿层柱抗震等级为特一级，局部单跨框架抗震等级为特一级。

5 超限结构的抗震加强措施

本工程属于规则性超限的复杂高层建筑，在设计过程中满足基本设防目标的基础上，通过采取如下抗震加强措施，以期实现结构的安全可靠。

5.1 采用多种计算软件进行结构计算分析

（1）利用SATWE、YJK两种计算软件，采用大底盘双塔楼模型和单塔模型分别进行全楼整体计算，并利用YJK软件进行弹性动力时程分析。

（2）利用YJK进行弹塑性动力时程分析验算罕遇地震下的结构性能，弹塑性层间位移角最大值为

（X向：1/119<1/100； Y向：1/123<1/100）。

5.2 对大底盘双塔结构采取的加强措施

（1）采用抗震性能设计：双塔主楼周边一至七层框架柱、剪力墙设防烈度地震作用下按抗剪弹性、抗弯不屈服设计，罕遇地震作用下满足抗剪截面控制条件。

（2）双塔主楼周边一至七层框架柱、剪力墙抗震等级提高为特一级。

（3）分塔的首层（第七层）强制指定为薄弱层，将该层地震剪力放大1.25倍。

（4）双塔底连接部位（六层顶）楼板加厚至150mm，双层双向配筋，单层单向配筋率不小于0.25%。

（5）剪力墙约束边缘构件延伸至分塔部位上一层（七层顶标高）。

5.3 对体型收进结构采取的加强措施

（1）采用抗震性能设计：裙房周边三、四层框架柱、剪力墙设防烈度地震作用下按抗剪弹性、抗弯不屈服设计，罕遇地震作用下满足抗剪截面控制条件。

（2）裙房周边三、四层框架柱、剪力墙抗震等级提高为特一级。

（3）竖向体型收进部位上一层（第五层）强制指定为薄弱层，将该层地震剪力放大1.25倍。

（4）体型收进部位楼板（裙房屋面板）在主楼及其相邻两跨范围内板厚不小于150mm，该层其余部位板厚不小于120mm，体型收进部位相邻上下层楼板厚度不小于120mm，双层双向配筋，单层单向配筋率不小于0.25%。

5.4 对楼板不连续采取的加强措施

楼板局部开大洞部位周边楼板加厚至120mm，当洞口周边剩余的连接板带小于5m时板厚加厚至150mm，双层双向配筋，单层单向配筋率不小于0.25%；适当提高洞口周边框架梁纵向钢筋配筋率。

5.5 对单边梁及穿层柱采取的加强措施

单边梁及穿层柱抗震等级提高为特一级，并按中震弹性进行复核计算，并根据DB62/T 25—3055—2011《建筑抗震设计规程》第6.7.12～6.7.14條采取加强措施。

5.6 抗震等级

抗震等级为特一级、一*级的框架柱，其配筋构造应满足JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.10.2条第2、3款的要求，其中抗震等级为特一级的框架柱应设置芯柱，芯柱总面积不小于框架柱全截面面积的0.5%，箍筋直径不小于12mm。

6 结论

本文通过对某超限高层的规则性分析判断，针对各个超限类型采取结构加强措施，并按照规范要求进行了抗震性能设计，为以后类似的工程提供了方法和手段，做到了结构的安全性和合理性。