客廳挑空大開洞洋房住宅超限結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

陳劍松　單志偉　張遠華

摘 要：結(jié)合國家現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和分析軟件，采用性能化設(shè)計方法，對客廳挑空大開洞洋房住宅結(jié)構(gòu)進行了有針對性的計算分析。針對大開洞后平面不規(guī)則導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)超限問題，提出了有效的解決方案和切實可行的結(jié)構(gòu)加強措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)超限；抗震設(shè)計；性能化設(shè)計；地震動參數(shù)

中圖分類號：TU973.31 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.122

采用客廳挑空設(shè)計的躍層洋房戶型以其靈活的空間改造性和使用面積增益深受廣大購房者的青睞。但客廳挑空勢必會對樓層結(jié)構(gòu)板造成較大的損害，進而降低結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。如何同時滿足建筑使用功能和結(jié)構(gòu)抗震安全兩方面的需要，無疑對結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提出了更為嚴格、苛刻的要求。本文結(jié)合某洋房住宅設(shè)計實例，采用性能化設(shè)計方法，對客廳挑空大開洞洋房住宅結(jié)構(gòu)進行了有針對性的計算分析，并提出了有效的分析方案和切實可行的結(jié)構(gòu)加強措施。

1 工程概況

本工程為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為29.7 m，判定為高層結(jié)構(gòu)。由于客廳挑空設(shè)計，樓板開洞較大且平面存在較大凹進，其不符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）中的規(guī)定，屬于平面規(guī)則性超限高層建筑。

2 地震動參數(shù)及地震作用

2.1 地震動參數(shù)

由《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）可知，選取小震、中震及大震相對應(yīng)的地震影響系數(shù)αmax和特征周期Tg分別為0.04 s（0.45 s）、0.12 s（0.45 s）和0.28 s（0.50 s）。

2.2 反應(yīng)譜

本工程小震設(shè)計以《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》提供的小震反應(yīng)譜作為設(shè)計依據(jù)。并采用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線。

2.3 地震效應(yīng)

本工程場地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05 g，設(shè)計地震分組為第一組，對于場地各擬建物的地震效應(yīng)評價按不利原則選取地下車庫與主體建筑未脫開的情況將場地類別評價為Ⅲ類，特征周期0.45 s。

3 抗震性能目標

本工程抗震性能目標設(shè)定為D級，即在小震作用下，各構(gòu)件均處于彈性工作階段；在中震作用下，允許墻、柱等關(guān)鍵構(gòu)件開裂；在大震作用下，構(gòu)件進入塑性工作階段，允許局部破壞。

4 彈性分析

本工程彈性計算分析軟件分別采用SATWE和MIDAS Building兩種空間分析軟件程序進行對比校核計算，計算分析采用整體空間結(jié)構(gòu)模型，梁柱采用空間桿單元、墻采用殼單元。

塔樓X向、Y向的層位移曲線和層位移角曲線如圖1所示。從圖1中可以看出，SATWE與MIDAS兩個軟件計算結(jié)果接近，未發(fā)現(xiàn)異常情況，計算結(jié)果具有較高的可信程度；X向和Y向的位移及位移角曲線平滑，無明顯突變段，說明結(jié)構(gòu)豎向剛度分布均勻，有利于抵抗地震效應(yīng)；結(jié)構(gòu)最大位移角均小于1/1 000，滿

足規(guī)范要求。

5 彈性時程反應(yīng)分析

本工程選取了5條天然地震波和2條人工地震波。其所選地震波平均譜與反應(yīng)譜對比圖如圖2所示。經(jīng)過計算比對，時程分析基底剪力最小值與反應(yīng)譜基底剪力比：X向=67.49%，Y向=81.31%；時程分析基底剪力平均值與反應(yīng)譜基底剪力比：X向=86.69%，Y向=99.26%.

可以判定，選取的七組地震波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響曲線在統(tǒng)計意義上相符。施工圖設(shè)計時，擬采用振型分解反應(yīng)譜法的計算結(jié)果來設(shè)計。

6 彈塑性分析

6.1 靜力彈塑性分析

在罕遇地震下，結(jié)構(gòu)彈塑性靜力分析過程完整而不發(fā)散，其計算所得的罕遇地震性能點時刻所對應(yīng)層間位移角為1/327（取上述計算中最大值），約為彈性層間位移角限值（1/1 000）的3倍，小于規(guī)范對剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角的限值（1/120）。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性位移滿足《高規(guī)》第3.7.5條要求。在罕遇地震作用下，基礎(chǔ)底面零應(yīng)力區(qū)比例為0.0%<15%，能夠達到結(jié)構(gòu)預(yù)期的抗震要求，即大震不倒。剪力墻及連梁在地震作用下起到了關(guān)鍵性的作用，大部分地震能量被耗散，從結(jié)構(gòu)出鉸情況來看也能充分證明這點。

6.2 動力彈塑性分析

通過對塔樓進行罕遇地震下的動力彈塑性及靜力彈塑性通分析，暴露出塔樓主要薄弱部位主要為塔樓樓梯、電梯間出剪力墻和穿層剪力墻，設(shè)計施工圖時，將適當加強該部位構(gòu)造措施。主要抗側(cè)力構(gòu)件塑性發(fā)育程度有限，雖然部分墻肢屈服，但未破壞，施工圖設(shè)計時，將重點加固該部分墻肢。大震作用下塔樓的最大層間位移角滿足規(guī)范要求，并有一定富余，能夠滿足“大震不倒塌”的抗震設(shè)防目標。

7 結(jié)束語

本工程塔樓部分雖然平面均存在不規(guī)則的情況，但通過采取可靠、有效的加強措施，能夠保證一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)完好無損，在設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)輕微損壞，在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)中等破壞；關(guān)鍵構(gòu)件在多遇及設(shè)防地震作用下下結(jié)構(gòu)完好無損，在罕遇地震作用下不屈服。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕