某高层建筑规则性超限设计分析

2021-01-19韩晓飞

建材与装饰 2021年2期

韩晓飞

（上海天华建筑设计有限公司合肥分公司，安徽合肥 230091）

建筑行业的快速发展和人们对美好建筑的诉求，产生了很多体型复杂的建筑，这一类建筑物高度不高，但体型复杂会带来更多的平面不规则和竖向不规则，需要结构通过详细计算分析来实现。本文通过一个具体案例来说明其中结构设计注意的内容。

1 工程案例阐述

合肥某商业楼项目位于合肥市城市核心区，项目总建筑面积134634m2，地上建筑面积80565m2，地下建筑面积53797m2。地上由一栋高层公寓楼（约22000m2）和一栋商业楼（约58565m2）组成，高层公寓楼和商业楼之间设抗震缝断开。商业楼为高层建筑，地上 7 层，局部 10 层，1～10 层层高分别为 6m、5.5m、5.5m、5.4m、5.4m、5.4m、5.4m、3.6m、5.4m、3.6m，总高度 51.3m。混凝土柱均匀布置，标准跨柱网8.4m×8.4m，在个别区域和7～10 层影院区域抽柱出现较大跨柱距；混凝土墙均匀布置，主要设置在楼梯和电梯间；楼盖采用普通钢筋混凝土梁板体系。合肥地区抗震设防烈度为Ⅶ度（0.10g），本项目所在场地类别为Ⅱ类，属于对抗震一般地段，第一组。

该商业楼采用框架剪力墙结构体系。在二层商业和八、十电影院层楼板有效宽度为22%～17%；八、十电影院层楼板开洞面积达到67%；在八层平面尺寸突然收进，收进尺寸为相应边长的31.5%；在八、九、十电影院层出现较多的穿层柱。综上所述，本工程不规则项目较多，属于规则性超限的高层建筑工程[1]。

2 多遇地震作用下的反应谱分析

本工程采用STAWE 进行计算，并采用了midas Building 结构分析设计软件进行补充计算，计算结果较为接近，分析对比结果详如表 1、表 2、表 3、表 4 所示。

表1 STAWE 与 midas Building 质量按楼层分布（t）

表2 结构周期信息

表3 结构位移计算

表4 其他结构指标单位：%

3 多遇地震作用下的分析

为了准确对弹性分析结果进行验证，选取两条人工地震波和5 条天然地震波进行时程分析，发现各条波所得到的层间位移角均在规范要求内，有一些地震波产生的楼层剪力、弯矩略大于反应谱法计算的结果。典型楼层地震力放大系数详表5，按比例放大相关楼层地震力验算构件承载力。

表5 地震力放大系数

4 中震抗震性能设计

中震作用下墙体大部分均为受压，仅在建筑物角部楼梯处三片墙体出现拉应力且拉应力较大。根据超限工程专项审查技术要点，中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用规范中规定的特一级构造且拉应力宜设置型钢承担。本工程在施工图设计阶段，将受拉墙体抗震构造措施按照特一级进行设计。由于三片墙采用型钢施工较复杂，本工程在特一级基础上加大剪力墙和暗柱纵向钢筋以抵抗拉应力。

中震作用下，结构的抗震性能达到了预定目标。底部加强部位的剪力墙和框架柱、穿层柱、高位收进处竖向构件抗剪按小震弹性、中震弹性和大震不屈服设计，配筋取包络值；抗弯按小震弹性、中震不屈服设计，配筋取包络值。底部加强部位以上的竖向构件抗剪按小震弹性、中震弹性设计，配筋取包络值；抗弯按小震弹性、中震不屈服设计，配筋取包络值。框架柱在中震弹性、中震不屈服、大震不屈服作用下计算配筋与小震弹性差别不大，剪力墙和端柱的抗剪和抗弯计算配筋均有较大提高。

5 罕遇地震作用下的静力弹塑性分析

静力弹塑性分析是结构罕遇地震状态下采取的方式，主要是通过结构破损过程和变形能力分析，从而对结构在大震下的安全性能进行验证。通过得出能力谱曲线和需求谱曲线，两曲线的交点为性能点，根据性能点确定结构的塑性铰布置、杆端截面曲率、层间位移及总侧移等信息。

本工程出现性能点推覆的步骤在X、Y 向地震下出现框架塑性铰状态。X 向开裂占比46.3%、屈服占比19.7%；Y 向开裂占比49.8%、屈服占比17.4%。框架铰屈服在框架柱上很少，主要出现的连梁、一部分框架梁、以及与剪力墙顺墙搭的框架梁上。剪力墙的应变等级主要为第1 级弹性状态，第2～5 级占比很小，第3级为屈服状态。

结构在设定的目标下仍处在承载能力的上升区段，均属于能力强化阶段，抗震能力较强。结构在性能点的最大层间位移角X向为1/253、Y 向为1/211，均符合规范限值的要求，如图1、图2所示。