深圳某復(fù)雜停車樓結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

陳 杰

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 概述

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球貿(mào)易化早已是必然趨勢，作為進(jìn)出口貿(mào)易的大國，現(xiàn)存的港口及其配套的拖車停車場已無法滿足日益擴(kuò)大的貿(mào)易量。深圳作為一線超級大城市，土地資源問題尤其突出，在平地資源無法滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展需求時，向山地資源發(fā)展已是必然的選擇。鑒于鹽田后方陸域面積狹小，空間資源爭奪激烈，交通矛盾日益突出，集裝箱運(yùn)輸車路邊占道停車現(xiàn)象突出，對地區(qū)交通和居民生活帶來極大影響。為解決港口及后方陸域物流產(chǎn)業(yè)所帶來的作業(yè)停車需求，現(xiàn)建設(shè)一座鹽田港集裝箱運(yùn)輸車綜合服務(wù)中心，作為疏港公共基礎(chǔ)設(shè)施，見圖1所示。

圖1 停車場效果圖

2 工程概況

該項目為大型綜合功能性建筑，包括2棟綜合集卡停車樓和1棟綜合服務(wù)樓。本文研究對象為1棟拖車停車樓。該停車樓建筑面積約124 440 m2。建筑主體高度52.7 m，地上八層。

根據(jù)建筑功能需要，并針對工程特點(diǎn)，對1#拖車停車樓通過設(shè)置抗震縫分為兩個結(jié)構(gòu)單體，其中1-2#單體長104.7 m，寬57.5 m。地上典型平面布置見圖2、圖3所示，豎向典型剖面見圖4所示。該單體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50 a，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級。抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），設(shè)計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35 s。50 a一遇基本風(fēng)壓為0.75 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。多遇地震下水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，罕遇地震影響系數(shù)為0.5。結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[1]第4.1.8條，尚應(yīng)估計不利地段對設(shè)計地震動參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以增大系數(shù)，該單體局部地形頂部地震影響系數(shù)放大系數(shù)取1.5。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》8.2.2條對于山區(qū)的建筑物風(fēng)壓高度變化系數(shù)還應(yīng)考慮地形條件的修正，經(jīng)計算，修正系數(shù)η取1.41。

圖2 典型掉層二層結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖3 典型上接地端樓蓋結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖4 典型剖面圖

3 基礎(chǔ)設(shè)計

該工程為邊坡頂建筑，采用天然基礎(chǔ)的話，近邊坡邊緣區(qū)域的地基承載力受邊坡影響較大，受力復(fù)雜，給邊坡設(shè)計帶來較大的難度，而且傳力路徑不直接，不確定因素較多，不宜采用。所以，該工程采用樁基較為合理。該工程采用鉆（沖）孔灌注樁，樁端持力層選擇在微風(fēng)化花崗巖，入巖深度取0.5 m，樁長隨持力層深度確定。樁徑分為1 m，1.2 m，1.4 m，1.6 m，1.8 m，2 m共六種類型。混凝土強(qiáng)度等級取水下C40（樁身強(qiáng)度計算時，工作系數(shù)取小值為0.7，不考慮配筋）。根據(jù)計算結(jié)果由樁身承載力控制，預(yù)估單樁承載力特征值見表1所列。基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。

表1 單樁承載力一覽表

對于山地建筑，樁基應(yīng)設(shè)置在邊坡或斜坡潛在破裂面以下足夠深度的穩(wěn)定巖土層內(nèi)。因此，該工程樁端嵌巖深度從巖體破裂面以外水平距離不小于2 m考慮計算。相鄰樁樁端連線與水平線之間夾角不大于45°，按照“樁底應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無巖體臨空面”要求控制。

4 結(jié)構(gòu)體系概述

該工程采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)單體在規(guī)定水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值小于50%，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，其位移相關(guān)指標(biāo)按照框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。剪力墻和框架結(jié)構(gòu)的抗震等級分別為二級和三級。該工程無地下室，上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位均為基礎(chǔ)頂面。由于建筑功能需要，軸線（1-Q）～（1-S）區(qū)域的柱不能落在地面一層（絕對標(biāo)高42.600），形成了底部豎向構(gòu)件的約束部位不在同一水平面上且不能簡化為同一水平面時的結(jié)構(gòu)，即山地建筑結(jié)構(gòu)。該工程屬于在同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)有兩個及以上不在同一平面的嵌固端，且上接地端以下利用坡地高差按層設(shè)置樓層的結(jié)構(gòu)體系，即掉層結(jié)構(gòu)。所以該工程由三個嵌固端，即（1-S）軸的柱嵌固于約第三層標(biāo)高處，（1-R）軸的柱嵌固于約第二層標(biāo)高處，其余嵌固于約第一層標(biāo)高的基礎(chǔ)頂面。參考《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》（征求意見稿），將各接地端上下層抗震等級提高一級。在該工程中第一～第四層框架和剪力墻抗震等級分別提高至二級和一級。

在該工程中，掉層結(jié)構(gòu)的上接地豎向構(gòu)件、拉梁按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]JGJ3的關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計。掉層結(jié)構(gòu)的拉梁采用C級抗震性能目標(biāo)，掉層結(jié)構(gòu)的上接地豎向構(gòu)件宜采用D級抗震性能目標(biāo)。據(jù)此，對拉梁在設(shè)防烈度地震作用下正截面承載力保證不屈服，受剪承載力按彈性設(shè)計。對上接地豎向構(gòu)件在設(shè)防烈度地震作用下正截面和受剪承載力均按不屈服考慮。

考慮到接地樓蓋起到協(xié)調(diào)變形的作用，受力復(fù)雜，在整體計算中上接地層樓蓋采用膜單元模擬面內(nèi)彈性變形，配筋計算不考慮剛性樓板假定。在施工圖設(shè)計時，對該樓板考慮面內(nèi)彈性變形，補(bǔ)充內(nèi)力分析，并根據(jù)設(shè)防工況下內(nèi)力結(jié)果配筋。

5 不規(guī)則性分析

5.1 主要計算結(jié)果

該工程采用三種軟件進(jìn)行主要計算指標(biāo)的對比分析，在主要計算指標(biāo)上，三個軟件的計算結(jié)果都比較接近，詳細(xì)見表2所列。

5.2 規(guī)則性判斷

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016版）、廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（DBJ 15-92—2013）[3]，并參照建設(shè)部建質(zhì)【2015】67號文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查技術(shù)要點(diǎn)》及粵建市函【2011】580號文《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查實施細(xì)則》，該工程規(guī)則性情況判別標(biāo)準(zhǔn)如表3所列。

表2 反應(yīng)譜法主要計算結(jié)果一覽表

表3 規(guī)則性判斷一覽表

通過超限判別可知，1-2#停車樓僅有扭轉(zhuǎn)位移比超限。根據(jù)粵建市函【2011】580號文《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查實施細(xì)則》，不需要進(jìn)行超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查。但是考慮到掉層結(jié)構(gòu)目前僅在部分區(qū)域采用，受力比較復(fù)雜，該項設(shè)計還是依據(jù)超限審查的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相關(guān)的計算和分析。

5.3 彈性時程分析

計算選用PKPM地震波數(shù)據(jù)庫中II類場地上的一條人工地震波RH1TG035，以及兩條實測地震波TH003TG035、TH033TG035，特征周期均為 0.35 s。

在此單體結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)譜分析時，地震影響系數(shù)放大了1.5倍，因此三條地震波輸入的加速度最大值相應(yīng)地放大到52.5 cm/s2。輸入的三條地震波與放大后的規(guī)范譜分別做了對比，在結(jié)構(gòu)前3階周期上均滿足抗震規(guī)范要求的統(tǒng)計意義上相符，見圖5所示。三條地震波的平均值在結(jié)構(gòu)第1、第2、第3階周期上與規(guī)范譜的誤差分別為1.4%、-4.7%、-1.0%，滿足抗震規(guī)范要求。

圖5 規(guī)范譜與地震波譜對比圖

在彈性時程分析時，三條地震波均按雙向水平輸入，X向與Y向加速度比值為1∶0.85。彈性時程分析的主要結(jié)果如表4所列。

表4 彈性時程分析與反應(yīng)譜分析的底部剪力對比表

（1）由于停車樓因掉層結(jié)構(gòu)的緣故存在3個嵌固端，彈性時程分析與反應(yīng)譜分析對比底部基底剪力時需同時比較第1～第3層的基底剪力。由此可見，在X和Y方向上每條時程曲線產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016版）的規(guī)定。

（2）時程分析方法顯示結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征、變化規(guī)律與前述振型分解反應(yīng)譜法分析基本一致。時程分析法的包絡(luò)計算結(jié)果與反應(yīng)譜法計算結(jié)果基本吻合，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。

6 結(jié)語

本文通過分析具有掉層結(jié)構(gòu)的停車樓工程實例可以看出，由于結(jié)構(gòu)嵌固端不在同一平面，掉層結(jié)構(gòu)的受力性能與平地建筑結(jié)構(gòu)有著顯著的不同。針對山地建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，結(jié)構(gòu)設(shè)計采取合理選型，加強(qiáng)薄弱部位并輔以有效的抗震措施，使建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)范的要求，在滿足建筑功能需求的同時，并具有較好的抗震性能。