山東外經大廈結構設計

張宏偉 周東明 邢 星

(青島騰遠設計事務所有限公司，山東青島 266071)

1 工程概況

山東外經大廈位于嶗山區李山東路與同安路交匯處，總建筑面積62 209 m2。該項目在地下室連成一體，在地上通過設置防震縫及滑動支座分為三個獨立的結構單元(見圖1):辦公樓、酒店、獨立裙房。辦公樓與酒店在11層及12層通過連廊連接。

圖1 山東外經大廈平面圖

該工程抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0．05g，水平地震影響系數最大值為0．04，建筑場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第二組，場地特征周期取0．4 s。

青島地區50年一遇基本風壓為0．6 kN/m2，地面粗糙度按C類考慮;風荷載體形系數取1．4。

2 地基及基礎

本工程以中風化花崗巖為基礎持力層，地基承載力特征值為fak=2 000 kPa，塔樓電梯樓梯筒下采用筏板基礎，塔樓框架柱下采用獨立基礎+防水板，塔樓剪力墻下采用條形基礎;主樓以外基礎采用獨立基礎+防水板的形式。塔樓范圍防水板采用STRAT軟件計算，根據有限元分析結果配筋。

主樓以外區域抗浮驗算不滿足規范要求，設置了抗浮錨桿。抗浮錨桿在主樓范圍外及裙樓柱軸力影響范圍外均勻設置，間距2．7 m，錨桿孔徑150 mm，錨筋為2φ25，錨桿入巖深度3 m。

3 結構分析

辦公樓和酒店樓均采用框架剪力墻結構，其標準層平面布置及相對關系如圖2所示。

結構分析時，分別建立單體結構模型計算:辦公樓與連廊一起建入模型，在與酒店相連位置輸入彈性支座，按計算所得彈性剛度定義支座剛度;酒店單獨建立模型，在與連廊相連位置輸入連廊傳來豎向荷載。分別采用SETWE，ETABS軟件進行計算，其計算結果相近，滿足規范要求。分析結果如下:

1)采用SETWE，ETABS剛性樓板假定所計算的自振周期接近，見表1。

表1 自振周期計算結果

2)采用SETWE，ETABS剛性樓板假定所計算的位移角及位移比見表2。

表2 位移角及位移比計算結果

3)用PUSHOVER進行了靜力彈塑性分析。

以辦公樓為例，通過推覆分析，得到了辦公樓的能力曲線見圖3，我們看到結構在罕遇地震作用下能力曲線均能穿越需求譜曲線，在X向和Y向，性能點對應結構層間位移角分別為1/283，1/330，滿足規范要求;結構能力曲線光滑飽滿未出現下降段，可以看出結構具有較好的延性，在大震作用下，抗震性能滿足要求。

在推覆過程中，梁端較快出現塑性狀態，底部加強區局部連梁及剪力墻開裂，表明需對底層剪力墻采取加強措施，提高其抗震性能。

4)用EPDA進行了動力彈塑性分析，得到了罕遇地震下位移角及在地震下局部樓層的最大位移。

罕遇地震作用下辦公樓及酒店樓X向、Y向最大位移角曲線見圖4，圖5;由圖4，圖5看出，規范規定:在罕遇地震作用下，框架—剪力墻彈塑性位移角應小于1/100。根據EPDA的分析結果可知，滿足規范要求，能夠保證“大震不倒”的設防目標。

圖3 辦公樓能力曲線

圖4 罕遇地震下辦公樓不同方向最大位移角曲線

圖5 罕遇地震下酒店樓不同方向最大位移角曲線

4 防震縫及滑動支座設計

辦公樓與酒店在11層、12層平面以連廊相接，為降低連體結構自重，連廊采用鋼結構，連廊圍護結構采用玻璃幕墻;連廊在酒店一側設置滑動支座，與辦公樓一側用鉸接連接。

4．1 按相關規范規程估算確定防震縫寬度

1)按JGJ 3-2002高規第4．3．10條規定計算，防震縫寬度為140 mm。

2)由于國內規范未給出連體結構防震縫在罕遇地震作用下的具體計算方法，參考IBC2003中第1620．4．5款中提供的方法確定防震縫寬度[3］:小震下辦公樓12層在沿連廊跨度方向的最大位移:Δ1E=10．95 mm。小震下酒店樓12層在沿連廊跨度方向的最大位移:Δ2E=12．54 mm。

根據如下公式估算:

其中，Δ1為大震作用下辦公樓的最大位移;Δ2為大震作用下酒店樓的最大位移。

系數2為考慮罕遇地震作用下結構進入彈塑性階段后彈性剛度退化影響，β為大震與小震作用之比。

4．2 EPDA進行了動力彈塑性分析，估算防震縫寬度

用EPDA進行了動力彈塑性分析，在罕遇地震作用下，求得辦公樓12層的最大位移為96．8 mm;在罕遇地震作用下，求得酒店樓12層的最大位移為125．2 mm。由于最大位移為沿連廊跨度方向和垂直于連廊跨度方向位移的矢量和，偏保守的取沿連廊跨度方向的位移為最大位移。得出滑動支座最大位移量為S=96．8+

125．2=222 mm。

4．3 結論及滑動支座設計

綜合以上分析，取位移量為233 mm，取防震縫寬度為250 mm。采用聚四氟乙烯滑板式橡膠支座見圖6。

圖6 連廊與酒店樓側連接示意圖

5 底層層高變化較大

由于建筑功能需要，辦公樓及酒店樓首層及二層層高分別為5．7 m，7 m，以上標準層層高3．5 m，層高相差較多，經調整剪力墻布置及增加下部補償剪力墻后，滿足了規范剛度比的要求，避免因剛度突變出現豎向不規則。

基于抗震設防性能抗震設計理念，對首層及二層框架柱及剪力墻按中震彈性進行了設計，地震影響系數取0．11，抗震等級為四級。對底部兩層豎向構件采用包絡設計法，取中震彈性及多遇地震計算配筋的較大值進行設計，適當調整底部兩層剪力墻豎向鋼筋配筋率，并將框架柱設置芯柱，保證其延性。設計過程中發現，除兩根柱需加強外，其余豎向構件均按小震設計結果配筋;經過分析，應該是由于青島地區風荷載較大(百年一遇取0．7 kN/m2)，且中震計算時取消了抗震調整系數。

6 嵌固端板標高差異處理

本工程以±0．000標高地下室頂板作為嵌固端，因±0．000處標高差異較大，采用將板有高差處地下室頂板加腋的方法保證水平力的傳遞，做法見圖7。

圖7 嵌固端板標高差異處理做法示意圖

7 加強措施

1)根據高規要求，提高與連廊相連構件的混凝土抗震等級，框架梁柱為二級，混凝土墻及連梁為二級。

2)辦公樓與酒店在連廊層板厚加厚至150 mm，并雙層雙向配筋，內力分析時指定為彈性板。

3)指定連廊所在層為薄弱層。

4)防止連廊大震下脫落，分別計算了辦公樓及酒店樓罕遇地震下連廊沿跨度方向及垂直于跨度方向的位移，取和計算位移量。在跨度方向上設置挑梁長度為1 m(見圖3)，且大于兩塔樓該層樓板在罕遇地震下位移和;垂直于跨度方向沿挑梁端部設置次梁并設置厚板(見圖3)，保證在垂直于跨度方向的位移下連廊不脫落。5)底層層高較高，人為指定首層及二層為薄弱層，并按中震彈性計算結果配筋，設置芯柱。

[1] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程[S］．

[2] 徐培福．復雜高層建筑結構設計[M］．北京:中國建筑工業出版社，2005:314-356．

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