某復(fù)雜會(huì)展建筑抗震設(shè)計(jì)

劉 魁

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

0 引言

該商業(yè)辦公綜合項(xiàng)目位于上海市長(zhǎng)風(fēng)生態(tài)商務(wù)區(qū)，是集會(huì)務(wù)、展覽、辦公、商務(wù)于一體的建筑綜合體。地上部分包含“會(huì)展中心”及“辦公樓”三個(gè)結(jié)構(gòu)單體，會(huì)展中心約4.4萬(wàn)m2，辦公樓約5.2萬(wàn)m2(其中2號(hào)辦公樓17層，約2.4萬(wàn) m2，3號(hào)辦公樓20層，約2.8萬(wàn)m2)。會(huì)展中心上部結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)6層，局部混凝土屋頂之上設(shè)置平板鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋頂，混凝土屋頂結(jié)構(gòu)高度為28.75 m，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)檐口標(biāo)高約為43.00 m，屬于A級(jí)高度高層建筑。整個(gè)地塊的地下部分為整體滿堂地下室，共2層(見(jiàn)圖1)。

圖1 會(huì)展中心鳥(niǎo)瞰圖

本工程會(huì)展中心建筑功能復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨大量的大跨度、大懸挑、樓板弱連接、錯(cuò)層、跨層結(jié)構(gòu)，對(duì)抗震極為不利，滿足結(jié)構(gòu)抗震性能難度較大，需進(jìn)行詳細(xì)的抗震分析，以指導(dǎo)本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施。工程于2009年12月開(kāi)始施工圖設(shè)計(jì)，2013年10月竣工驗(yàn)收并投入使用。

1 結(jié)構(gòu)超限情況及對(duì)應(yīng)措施

按GB 50223-2008建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)，本工程抗震設(shè)防重要性類別為乙類，結(jié)構(gòu)的抗震措施按設(shè)防烈度8度采用。框架抗震等級(jí)為二級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。

會(huì)展中心高層建筑主要超限和不規(guī)則內(nèi)容如下:

1)樓層的最大彈性水平位移大于該樓層兩端彈性水平位移平均值的1.2倍，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則超限。

2)結(jié)構(gòu)樓層有數(shù)個(gè)夾層，夾層有效樓板寬度小于該樓層樓板典型寬度的40%(夾層?xùn)|西兩邊帶狀分布樓板有效寬度僅為8.3 m和6.3 m，小于規(guī)范允許值)，同時(shí)導(dǎo)致該層開(kāi)洞面積達(dá)到66%，屬于樓板局部不連續(xù)超限。

根據(jù)《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》和《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》(建質(zhì)［2010］109號(hào))，會(huì)展中心結(jié)構(gòu)屬于超限高層建筑，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于本工程超限高層建筑，主要采取了以下優(yōu)化布置和加強(qiáng)措施［1］:

1)會(huì)展中心上部結(jié)構(gòu)框架和剪力墻的抗震等級(jí)按乙類設(shè)防的要求提高一級(jí)，同時(shí)適當(dāng)提高剪力墻配筋率，概念上提高結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件延性;局部錯(cuò)層處水平構(gòu)件采取梁加腋或加寬加高梁尺寸并采取抗扭構(gòu)造，以保證水平地震作用的可靠傳遞。

圖2 X向抗倒塌驗(yàn)算結(jié)果曲線

2)會(huì)展中心3個(gè)夾層(一層夾層、二層夾層、三層夾層)的樓板開(kāi)洞面積非常大，導(dǎo)致多個(gè)樓層內(nèi)長(zhǎng)短柱共存，設(shè)計(jì)考慮如下計(jì)算及構(gòu)造加強(qiáng)措施:

a.采用補(bǔ)充的并層模型進(jìn)行校核比較:將三個(gè)夾層與相鄰層并層計(jì)算，校核并層后上下樓層的層抗側(cè)剛度比及受剪承載力比值，以判別是否存在軟弱層及薄弱層，同時(shí)分析校核并層模型各項(xiàng)總體控制指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求，構(gòu)件內(nèi)力及構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)與原計(jì)算模型進(jìn)行比較后，進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì);

b.考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)中存在長(zhǎng)短柱共存的情況，短柱加強(qiáng)的重點(diǎn)是其延性，長(zhǎng)柱加強(qiáng)的重點(diǎn)是其承載力。長(zhǎng)柱設(shè)計(jì)時(shí)按實(shí)際的計(jì)算長(zhǎng)度進(jìn)行細(xì)化分析，考慮中、大震下短柱剪力部分轉(zhuǎn)至長(zhǎng)柱承擔(dān)的可能性，結(jié)合中震計(jì)算結(jié)果適當(dāng)提高柱體配筋率(尤其是短柱箍筋)。

3)針對(duì)樓板開(kāi)洞較多、開(kāi)洞面積大，局部樓板寬度小、連接薄弱的情況，在結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算時(shí)采用彈性板，進(jìn)行地震作用下的全樓樓板應(yīng)力分析，復(fù)核薄弱連接處樓板的應(yīng)力水平。施工圖階段將根據(jù)“中震不屈服”分析的內(nèi)力結(jié)果對(duì)連接處樓板進(jìn)行配筋，控制多遇地震下主拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，基本烈度地震作用下板內(nèi)鋼筋不屈服。

4)屋頂鋼結(jié)構(gòu)與下部混凝土結(jié)構(gòu)整體建模計(jì)算分析，確保鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的安全性。

2 結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算及分析［2］

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的SATWE和PM-SAP進(jìn)行多遇地震彈性分析和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，用EPDA進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，用EPSA進(jìn)行彈塑性靜力分析，用PMSAP進(jìn)行樓板彈性應(yīng)力分析。

2.1 多遇地震分析

整體分析時(shí)采用CQC振型效應(yīng)組合方式，考慮扭轉(zhuǎn)偶聯(lián)效應(yīng)，同時(shí)考慮偶然偏心的影響。主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 彈性分析結(jié)果

在振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行了彈性時(shí)程分析，彈性時(shí)程分析選用一條人工地震波RH2TG090和兩條實(shí)測(cè)地震波TH2TG090波，TH4TG090波。規(guī)范要求設(shè)防烈度7度時(shí)，多遇地震時(shí)程分析采用加速度時(shí)程曲線的最大值為35 cm/s2，時(shí)程分析法中步長(zhǎng)取0.02 s，阻尼比0.04。彈性時(shí)程分析與振型分解反應(yīng)譜法對(duì)比見(jiàn)表2(表中時(shí)程分析結(jié)果為三條時(shí)程曲線平均值)。

表2 彈性時(shí)程分析與振型分解反應(yīng)譜法對(duì)比

對(duì)比分析表明，結(jié)果滿足單條地震波計(jì)算的地震反應(yīng)不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算值65%，以及多條時(shí)程曲線計(jì)算平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算值80%的規(guī)定。總體而言，時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果基本吻合，滿足規(guī)范有關(guān)規(guī)定。

2.2 罕遇地震分析

EPSA程序采用的材料彈塑性本構(gòu)關(guān)系，鋼材用雙折線模型，混凝土用雙線或三折線模型(本計(jì)算采用雙折線模型)。單元假定中，一維單元(梁、柱)采用纖維束模型，彈塑性剪力墻采用非線性殼單元模型。用靜力彈塑性分析PUSH驗(yàn)算了在罕遇地震作用下的樓層位移。側(cè)推荷載類型為倒三角形，基底剪力與總重量的比值為1。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，其罕遇地震下的層間位移角X向?yàn)?/215，Y向?yàn)?/233，遠(yuǎn)小于鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)的限值1/100，滿足規(guī)范的要求(見(jiàn)圖2，圖3)。

圖3 Y向抗倒塌驗(yàn)算結(jié)果曲線

罕遇地震水平方向推覆作用時(shí)，首先底部樓層的剪力墻連梁出現(xiàn)梁鉸，隨著推覆力的不斷加大，其他各層剪力墻連梁也出現(xiàn)梁鉸，隨后局部剪力墻也出現(xiàn)塑性鉸;在達(dá)到設(shè)防烈度地震性能點(diǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)裂縫相對(duì)較少，隨著水平力的繼續(xù)加大，連梁塑性鉸漸漸出齊，剪力墻裂縫逐漸顯現(xiàn)，同時(shí)部分框架梁和少量框架柱也出現(xiàn)塑性鉸;在達(dá)到罕遇地震性能點(diǎn)時(shí)，幾乎全部樓層的連梁都出現(xiàn)塑性鉸，部分框架梁出現(xiàn)塑性鉸，底部加強(qiáng)區(qū)的墻肢出現(xiàn)較多塑性鉸，部分柱也出現(xiàn)塑性鉸。結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，提高底部剪力墻的抗剪破壞能力。

3 結(jié)語(yǔ)

作為大型公共建筑，會(huì)展中心需要大空間、大層高、大懸挑、局部躍層等來(lái)滿足其功能要求，整體結(jié)構(gòu)布置一般較難滿足抗震性能要求，常規(guī)計(jì)算分析無(wú)法全面把控結(jié)構(gòu)在地震作用下的薄弱部位，需進(jìn)行詳細(xì)的抗震分析，并采取針對(duì)性的加強(qiáng)措施，以確保結(jié)構(gòu)抗震性能滿足規(guī)范要求。

［1］秦 川，劉文光.復(fù)雜博物館結(jié)構(gòu)的隔震效應(yīng)及地震響應(yīng)分析［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2012(6):71.

［2］同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司.普陀區(qū)長(zhǎng)風(fēng)地區(qū)3D地塊商業(yè)辦公樓綜合項(xiàng)目超限高層建筑抗震設(shè)計(jì)專項(xiàng)論證報(bào)告(會(huì)展中心部分)［R］.2009.