大底盘双塔商住结构计算及时程分析

张明坤 李健荣 宋方方

（1.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054；2.中铁二十局集团有限公司，陕西 西安 710016）

1 工程概况

西安市某项目，两栋34层住宅楼高层建筑及连接两栋高层的四层商业裙房组成，地下一层为设备夹层，地下二层为地下车库及设备用房；其中主楼高99.500m，商业裙房高14.000m,地上4层为商业，商业裙房部分层高为3.8m，住宅层高为2.85m,柱网尺寸主要为6.7m×8.4m；主楼和商业裙房不设缝，主楼采用剪力墙结构，属于大底盘多塔结构，平面及立面分别见图1图2。

图1 典型平面示意图

图2 立面示意图

本工程设计基准期为50年。结构安全等级为二级，抗震设防烈度为8 度，设计基本地震加速度为0.20g，地震分组为第二组。场地土类别为Ⅱ类，场地特征周期0.40s，建筑结构阻尼比0.05，基本风压采用50年重现期的风压，取0.35kN/m2，地面粗糙度类别B 类。本工程商业面积不超17000m2，故为标准设防类别。剪力墙、框架柱抗震等级均为一级。主楼剪力墙、连梁混凝土等级C30～C50,墙厚200/250/300，裙房框架柱混凝土等级C50，截面700×700，框架梁、次梁及楼板混凝土等级均为C30。

2 采取的抗震设计措施及对策

a.采用YJK 结构分析软件对结构单塔、多塔分别进行内力和整体计算，对计算结果进行分析对比，保证计算结果的可靠性。从结构概念设计、构造加强措施等方面着手，保证结构的安全性。

b.采用弹性时程分析法进行多遇地震的补充计算，提高和验证结构的抗震性能，按弹性时程分析层间剪力和反应谱层间剪力的平均值调整反应谱分析构件内力。

3 多遇地震及风荷载作用下结构分析

3.1 多遇地震主要计算参数

对全楼强制采用刚性楼板假定计算整体参数。振型数取36个，使得振型参与质量大于总质量的90%；考虑到本工程内填充墙很少，且内隔墙和建筑外墙均为轻质加气块，周期折减系数取0.95。

3.2 多遇地震作用下模型对比分析

YJK整体计算模型及分塔计算模型计算结果见表1，其中分塔模型采用附带三跨裙楼结构。

表1 整体与分塔计算结果参数对比

从表1中可看出，分塔模型的层间位移比均大于整体模型，这是因为分塔模型采用的附带三跨裙房，位移比出现在裙房角柱位置，因此位移比应采取整体模型为准，其余参数相差并不大，均满足规范要求。

4 多遇地震弹性时程分析

4.1 弹性时程分析法的目的

为解决高阵型影响，弥补主要适用于加速度反应谱的振型分解反应谱法对地震速度和位移影响估计的不足，确保复杂结构的抗震安全性，将弹性时程分析法作为振型分解反应谱法的一种补充计算方法。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，本工程为复杂高层建筑，应采用弹性时程分析进行补充计算。将两种方法得到的结构底部剪力、楼层剪力和层间位移角进行比较，当时程分析法大于振型分解反应谱法时，对相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。

4.2 地震波频谱特性

多遇地震时程分析时地震加速度峰值为70gal，次方向地震加速度峰值取0.85 倍主方向峰值，为59.5gal。本工程共选取了七条加速度时程曲线，其中天然波为5条，人工波为2条，天然波数量不少于总数量的2/3。其中Kocaeli,Turkey_NO_1177,Tg(0.40)、Imperial Valley-06_NO_172,Tg(0.39)、Chalfant Valley-02_NO_549,Tg(0.38)、Imperial Valley-06_NO_186,Tg(0.47)、Chi-Chi, Taiwan - 06_NO_3302, Tg(0.44) 为 天 然 波 ，AArtWave -RH3TG040,Tg(0.40)、ArtWave-RH2TG045,Tg(0.45)为人工波。

图3 平均波主方向反应谱曲线

多组时程曲线的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系数曲线在统计意义上相符（即多组地震波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%），图3为加速度反应谱的平均值与规范值对比图，所选地震波满足规范要求。

4.3 弹性时程分析结果

采用整体模型进行弹性时程分析，分塔A 地震剪力及层间位移角见下图4～图5。

通过上图对比得出以下结论：

a.根据YJK 反应谱法、弹性时程分析结构底部剪力对比图可知，每条时程曲线计算所得结构基底剪力均大于振型分解反应谱法的65%，七条时程曲线计算所得结构基底剪力的平均值大于振型分解反应谱法的80%，地震波的选择满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.5条规定。

图4 反应谱法与弹性时程X向地震剪力比较

图5 反应谱法与弹性时程Y向地震剪力比较

b.图4、5可看出，七条时程曲线计算结果的平均值均不超过振型分解反应谱法计算结果，本工程5层楼层剪力存在“突变”，由于分塔A与分塔B在商业屋面以下合为一个大底盘，且分塔A与分塔B 主体结构布置完全一致，该层上下侧向刚度并无大的突变，但商业裙房屋面板对塔楼和大底盘的协同工作作用明显，而双塔之间商业裙房连接体与塔楼相连的剪力墙外围柱是保证大底盘与双塔整体工作的关键构件，设计中应采取加强措施。由图6、7 可知，弹性时程分析与反应谱法得到的位移角分布曲线变化规律基本一致。

图6 反应谱法与弹性时程X向层间位移角比较

图7 反应谱法与弹性时程Y向层间位移角比较

c.取分塔模型，采用附带三跨裙楼结构，通过多遇地震下振型分解反应谱法与弹性时程分析法进行楼层剪力、层间位移角的对比，结果表明七条时程曲线计算结果的平均值均不超过振型分解反应谱法计算结果，弹性时程分析与反应谱法得到的位移角分布曲线变化规律基本一致。

5 结构设计加强措施

a.底部加强部位取地上四层，约束边缘构件取地上五层；地上五层框架柱最小配筋率取1.2%。

b.商业裙房顶板，即五层板厚取150mm，双层双向配筋，且配筋率不小于0.25%；四层、六层板厚取120mm，且配筋率不小于0.20%。

6 结论

a.塔楼和裙房之间主要通过楼板传递层剪力，设计中应采取双塔结构宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算并取内力包络值进行设计。

b.本工程采用弹性时程分析，结构地震作用效应取七条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

c.双塔结构裙房楼板及裙房屋面楼板的上下层、双塔之间裙房连接体与塔楼相连的剪力墙外围柱设计中应采取加强措施。

通过以上分析可知，本工程结构布置合理，满足抗震要求，为类似工程提供设计方法进行参考。