涪陵商業步行街高位轉換結構設計

李建文 吳衛華 田智友

(中煤科工集團重慶設計研究院，重慶 400016)

1 工程概況

本工程位于重慶市涪陵區高筍塘，主要功能為商業及住宅，立面效果圖如圖1所示。該建筑占地面積約為14 100 m2，兩棟標塔樓標準層平面相同，塔樓總建筑面積為74 526 m2，地下2層，地上塔樓28層，裙房9層，轉換層設在第9層，塔樓主體結構高度為104.8 m。主體結構平面為L形，如圖2所示。

圖1 建筑效果圖

圖2 標準層平面圖

工程所在地抗震設防烈度6度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.05g。建筑抗震設防類別為丙類建筑，其中商業部分為乙類建筑。該場地為I0類場地，場地特征周期為0.2 s。底部加強區抗震等級［1，2］一級，以上抗震等級為三級;基本風壓標準值:取 0.4 kN/m2。

2 結構體系與布置

該結構塔樓采用鋼筋混凝土部分框支剪力墻結構體系，嵌固層(地下室)以下連為一體，嵌固層以上設縫分開，結構平面尺寸為39.4 m×39.6 m，標準層層高為2.9 m。轉換層結構布置如圖3所示。為了協調轉換層X，Y方向的側向剛度，在建筑四周布置了多片剪力墻。剪力墻厚度500 mm，框支柱截面尺寸為1 400 mm×1 400 mm～900 mm×1 900 mm，裙房框架柱截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm～800 mm×800 mm，框支梁截面尺寸為600 mm×600 mm，混凝土強度等級為C60。

3 結構設計與計算

本工程屬于平面和豎向都不規則的超限高層，根據現行《高規》5.1.13條關于計算的有關規定，為了徹底掌握結構在地震作用下的振動特性，對結構進行了反應譜分析、中震彈性分析、彈性時程分析、靜力彈塑性分析、動力彈塑性分析及應力分析，并根據結果采取相應的加強措施，以下介紹其關鍵的計算結果。

圖3 轉換層結構平面圖

3.1 結構彈性分析

采用PMCAD-SATWE和MIDAS BUILDING兩種通用有限元軟件對塔樓進行分析，剪力墻采用墻元模型，梁、柱采用桿單元，樓板采用剛性假定。分析結果如下所示:

結構整體穩定性:結構的側向剛度和重力荷載之比即為剛重比，是反映結構整體穩定性的關鍵參數，分析表明:X向剛重比2.58，Y 向剛重比1.95。剛重比均大于 1.4，能夠通過高規(5.4.4)的整體穩定驗算。

周期比:高規的3.4.5條規定，結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比，為結構的周期比。A級高度高層建筑不應大于0.9;B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。本工程周期比為0.81，小于規范0.85的限制要求。

位移角:位移角為樓層層間位移與層高之比，其目的是限制結構在正常使用條件下的水平位移，確保高層結構應具備的剛度，避免產生過大的位移。本工程位移角為:1/2 127(X向地震)，1/1 848(Y向地震)，1/3 353(X 向風)，1/2 597(Y向風)。

轉換層下部結構與上部的等效剛度比:2.86(X)，2.95(Y)均滿足高規附錄E的要求。

另外，其軸壓比、剛度比等均滿足規范要求。以下僅列出其部分對比計算結果。

表1為塔樓前6振型的周期。

表1 塔樓前6振型周期 s

3.2 轉換層樓板應力分析

本工程考慮偶然偏心扭轉位移比為1.38＞1.2，屬于扭轉不規則。通過MIDAS BUILDING軟件按照中震CQC法對結構進行分析，考察樓板在中震下的反應來近似模擬按小震設計的結構在中震作用下的樓板應力分布狀況。中震地震影響系數最大值αmax=0.12。連梁剛度折減系數取為0.5，同時不考慮風荷載的作用。通過調整以上分析參數，驗算轉換層樓層平面在中震作用下的應力云圖，見圖4。

根據以上計算結果，轉換層局部最大樓板應力為1.74 MPa，小于樓板C60混凝土的抗拉強度設計值2.04 MPa，轉換層在中震作用下處于彈性階段。

圖4 X向地震作用下轉換層樓板應力分析結果

3.3 動力彈塑性分析

本工程屬于復雜高層，為了更清楚的掌握其在大震下的動力性能及可能存在的薄弱層，計算了結構在天然波1(USA，IMPERIAL VALLEY，Tg=0.2 s)、天然波 2(1 971，SAN FERNANDO，Tg=0.2 s)和一組人工波作用的結構反應。地震加速度時程曲線的最大值取125 cm/s2。

分析結果見表2。

表2 大震下位移角

從表2中可以看出，結構滿足1/100的抗倒塌位移角的要求，另從位移變化曲線看出，結構豎向位移曲線在轉換層上下有突變，因此將重點加強此區域的構造。

4 結語

高位轉換建筑在低烈度區通過適當的加強措施、在投資增加不是太多的情況下即可實現。根據計算結果，對結構采取了以下加強措施:

1)加強落地剪力墻和框支層以上兩層剪力墻，剪力分布筋配筋率0.5%以上，墻暗柱配筋率1.3%～1.5%左右，根據彈塑性分析結果，加薄弱部位剪力暗柱配筋率至1.9%左右。

2)軸壓比控制:對鋼筋混凝土框架柱按一級抗震控制在0.55(采用井字復合箍增加0.10)，短柱除外;對剪力墻在底部加強部位按一級控制在0.55。

3)框支柱、框支梁、底部剪力墻按中震彈性進行設計配筋。

［1］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.