某平面不規則住宅抗震性能分析和設計

郭樺　劉志凌（.重慶高新技術產業開發區建設工程質量安全監督站　重慶市九龍坡區　400039　.中機中聯工程有限公司　重慶市九龍坡區　400039）

某平面不規則住宅抗震性能分析和設計

郭樺1劉志凌2
（1.重慶高新技術產業開發區建設工程質量安全監督站重慶市九龍坡區4000392.中機中聯工程有限公司重慶市九龍坡區400039）

某住宅高層存在局部樓層扭轉不規則、結構平面中部兩側收進尺寸較大、豎向構件局部轉換等抗震不利情況。結構設計時從抗震概念設計出發，采取有針對性的加強措施，通過不同的計算軟件進行結構分析比較證明，結構設計安全、合理，能滿足工程的抗震性能目標要求。

超限高層建筑；抗震性能；抗震構造措施；平面不規則；轉換柱

1　工程概況

項目地址位于大渡口區原重鋼廠附近，本住宅工程±0.000層以下總共三層，地下高度13.700m，地上33層，地上高度95.700m，結構總高度109.400m。住宅采用剪力墻結構。本工程存在局部樓層扭轉不規則、結構平面中部兩側收進尺寸較大等超限情況，同時因建筑功能需要，三層范圍內局部存在轉換柱。

2　抗震設計關鍵問題及其解決方案[3，4]

2.1平面不規則

由于建筑功能的需要，結構平面中部兩側收進的總尺寸占平面寬度的百分比0.583＞0.5，根據渝建發（2010）156號文件，屬于平面不規則，如圖1。

圖1　標準層結構平面布置圖

在考慮地震偏心影響的規定水平力作用下，樓層最大水平位移和層間位移與該樓層彈性水位移平均值的比值為1.48，大于1.2但小于1.5，屬于扭轉不規則。

根據分析結果對四角突出部位剪力墻加長，并增加轉角處的框架梁的高度，以增加結構的抗扭剛度，在一定程度上能減緩結構的扭轉效應。位移比大于1.35的構件配筋率提高10%，以提高該構件在地震作用下的延性；對于應力較大的L型平面凹凸角部位的結構板增設放射筋；電梯井洞口周圍采用120mm厚結構板，配筋采用的雙層雙向配筋；針對左右兩側凹進超限的范圍采用密梁的形式進行加強。

2.2豎向不規則

局部層有柱轉換，主樓和商業交界處豎向構件兩側樓板錯高差。轉換梁轉換柱抗震等級為二級，主樓與商業交界處兩側樓板有高差的豎向構件抗震等級為二級。轉換柱按照中震彈性進行設計；在商業的住宅的分界線處的墻肢（兩側梁板存在高差）按照《高規》10.4.6條加強，墻厚≥250mm，抗震等級提高一級（由三級提高至二級），分布筋配筋率≥0.5%。

3　結構彈性階段分析

3.1計算方法

本工程采用SATWE作為主要整體計算分析軟件，Midas Building作為輔助軟件進行整體分析校核。分析時均采用振型分解反應譜法計算地震作用，并考慮了偶然偏心及雙向地震作用，采用CQC法進行振型組合，采用2條天然波和1條人工波進行彈性時程分析補充分析。

3.2小震彈性分析計算結果

結構主要振型的周期計算結果，剛重比，最大層間位移角，傾覆力矩計算結果，剪重比詳表1～3。

表1　結構自振周期與周期比

表2　結構最大層間位移

表3　結構基底剪力及剪重比

從表1～3可以得出，STAWE和Midas的計算結果比較一致，結構的周期比，最大層間位移角，剪重比均滿足規范要求，同時，結構的抗傾覆能力遠大于傾覆力矩。

樓層層間抗側力結構的受剪承載力是判斷整體結構薄弱層方式之一，體現了規范“強剪弱彎”的主體設計思想，即保證構件應首先發生彎曲屈服、破壞，而不能剪切破壞，剪切破壞屬脆性破壞，應嚴格避免。

本工程各樓層的層間抗剪承載力與上一層的比值如圖2所示。

圖2　樓層的層間受剪承載力與上一層的比值

由圖2可知，本工程各樓層層間受剪承載力與上一層的比值均大于《建筑抗震規范》[1]3.4.3條所要求的0.8，能夠為整體結構提供一定的延性。

3.3彈性動力時程分析

根據本場地的特征周期地震動參數，選取人工波UserAcc，以及天然波USA00683和天然波USA00361進行彈性時程分析。經計算分析結構彈性時程分析結果與反應譜法分析結果基本一致，均能滿足規范要求。

在施工圖設計時，參照彈性時程分析和振型分解反應譜法的結果取包絡值進行結構及構件的內力計算和配筋。

4　結構抗震性能目標及彈塑性時程分析

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》[2]（JGJ3-2010）3.11條的要求，對建筑進行抗震性能化設計。本工程抗震性能設計目標為C，即：

小震：結構在地震后完好、無損傷，一般不需修理可繼續使用，人們不會因為結構損傷造成傷害，可安全出入和使用；

中震：結構在地震下發生輕等程度的破壞，關鍵構件輕微損壞，普通豎向構件輕微損壞，部分耗能構件中度損壞，進入屈服，經過一般修理后可繼續使用；

大震：結構在地震下發生中等程度的破壞，關鍵構件為輕度損壞，部分豎向構件中度損壞，進入屈服，耗能構件中度損壞、部分比較嚴重損壞，有明顯的裂縫，經過修理、適當加固后可繼續使用；

梁處于開裂狀態的柱構件為10.0%，柱鉸集中在結構的底部和頂部；關鍵部位的柱子均未見塑性鉸的出現在大震下，最大彈塑性層間位移角遠小于規范1/100的要求，97%左右的墻元處于未屈服的狀態，僅10%的柱鉸開裂，91%以上的梁鉸處于未屈服狀態，結構構件能達到各項大震性能目標。

結構在達到大震性能點的時候，結構的塑性變形狀態基本上是延性耗能較好的梁鉸機制，僅個別豎向構件出現塑性鉸，結構的整體抗震性能優越。在施工圖階段，將針對首先出鉸的部位進行構造加強，保證連梁強剪弱彎的延性要求。結構在整個推覆過程情況良好，能達到中震不屈服的性能目標，在罕遇地震作用下仍具有較穩定的抗側推能力。

通過SATWE和Midas結果的對比，兩種軟件的計算結果基本一致，與概念設計的預期結果也吻合的較好。彈性時程分析的結果與振型分解法的結果一致，結構整體處于彈性范圍內，在小震作用下可以達完好、無損傷，受力構件不需修理即可繼續使用，可以保證人們的正常使用，能夠實現小震的設計性能目標。

由中震下的推覆分析可知，絕大部分構件基本上都處于彈性狀態，僅個別構梁端出鉸，參與耗能。滿足中震時的性能設計目標。

大震下的彈塑性層間位移角滿足規范要求，并有一定的安全儲備，實現了大震不倒的設計目標。

5　超限設計主要加強措施

（1）根據分析結果對四角突出部位剪力墻加長，并增加轉角處的框架梁的高度，以增加結構的抗扭剛度，在一定程度上能減緩結構的扭轉效應。位移比大于1.35的構件配筋率提高10%，以提高該構件在地震作用下的延性。

（2）對于應力較大的L型平面凹凸角部位的結構板增設放射筋。

（3）轉換柱按照中震彈性進行設計。

（5）在商業的住宅的分界線處的墻肢（兩側梁板存在高差）按照《高規》10.4.6條加強，墻厚≥250mm，抗震等級提高一級（由三級提高至二級），分布筋配筋率≥0.5%。

（6）針對左右兩側凹進超限的范圍采用密梁的形式進行加強。

6　結論

綜上所述，本工程存在局部樓層扭轉不規則、結構平面中部兩側收進尺寸較大、豎向構件局部轉換等不利情況，此采取了相應的概念設計，合理的結構計算分析及針對性的構造措施，可以滿足結構安全要求，達到預定的性能設計目標，結構設計方案合理可行。

[1]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]趙西安.高層結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

[4]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.

TU375.4

A

1673-0038（2015）06-0005-02

2015-1-18

郭樺（1983-），男，工程師，碩士，主要從事建筑工程質量安全監督工作。

劉志凌（1983-），男，工程師，碩士，主要從事結構設計工作。