泉州某高層商業辦公樓結構設計

張恩燦

聯發集團有限公司（361006）

泉州某高層商業辦公樓結構設計

張恩燦

聯發集團有限公司（361006）

泉州某高層商辦樓存在扭轉不規則、豎向尺寸突變、部分框架柱轉換等三項不規則超限問題。針對本樓的超限情況，結構設計采取了多項措施：框架柱轉換位置，豎向尺寸突變位置所在層及相鄰層樓板加厚，轉換構件增設型鋼，轉換構件抗震等級提高一級，剪力墻底部加強部位取1～4層并對結構進行小震彈性時程分析，對轉換構件等關鍵構件進行中震彈性復核和大震截面控制條件復核。結構整體設計達到了預期的性能目標。

不規則；轉換牛腿；彈性時程分析；抗震性能設計

1 工程概況

本項目位于泉州石獅市永寧鎮海濱，用地面積28 841.0 m2，總建筑面積約6.7萬m2。其中3#樓為商業辦公樓，地下1層，地上13層，總建筑面積約2.38萬m2。其中地下1層層高4.55 m，1～2層商業層高為6 m，其余樓層高為3.3 m，建筑高度為48.75 m。3#樓在轉角處設置變形縫，文章介紹其中的3-2#樓（以下簡稱本樓）結構設計情況。本樓主樓樓平面尺寸為 80 m×22.7 m，1～2層商業帶 1～2跨裙房（平面圖見圖1，裙房外邊與主樓邊最大距離為18.6 m）。為保證1～2層商業的空間需求，上部主樓局部中跨兩根框架柱在3層樓板位置，通過轉換牛腿轉換成單根框架柱。因商業空間要求轉換牛腿底部需平整不能變截面。

本工程結構設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，50年一遇的基本風壓取w0=0.8 kN/㎡，地面粗糙度為B類，抗震設防類別為標準設防，抗震設防烈度8度（0.2 g），設計地震分組為二組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.4 s。

圖1 3層平面布置圖（斜線填充部分為裙房）

2 結構超限情況

本樓采用框架—剪力墻結構體系，本樓存在主要不規則情況如下:1）扭轉不規則，考慮偶然偏心的扭轉位移比1.33大于1.2。2）豎向尺寸突變，本工程3層樓板標高處豎向構件位置縮進尺寸為下部樓層的45%，13層樓板標高處豎向構件位置縮進尺寸為下部樓層44%。3）部分框架柱轉換，3層樓板標高處部分中跨兩根框架柱通過轉換牛腿轉換成單根框架柱（轉換柱）。根據建設部 《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》附件1，本樓屬于規則性超限高層建筑工程。

3 針對超限采取的措施

圖2 轉換牛腿剖面圖

根據本樓規則性超限的情況，結合專項審查專家意見，采取以下加強措施:1）補充多遇地震下的彈性時程分析，取3條時程曲線計算結果的包絡值與振型分解反應普法計算結果的較大值進行結構計算分析。2）進行性能化設計，轉換柱及轉換牛腿按中震彈性復核，轉換牛腿應滿足大震抗剪截面控制條件。3）轉換柱加型鋼做成型鋼混凝土柱，轉換牛腿也加設型鋼（詳圖2），轉換柱和轉換牛腿抗震等級提高一級。4）底部加強部位高度取至五層樓面標高處。5）通過適當加強邊跨墻柱、邊跨框架梁來提高結構抗扭剛度。6）因3層樓板標高處框架柱轉換、豎向構件位置縮進，3層板厚取150 mm，樓板配筋率0.25%雙層雙向拉通，2層及4層板厚取120 mm，樓板配筋率0.25%雙層雙向拉通；因13層豎向構件位置縮進，13層及與其相鄰上下層板厚取120 mm，樓板配筋率不小于0.25%雙層雙向拉通。

4 結構計算與分析

4.1 小震作用分析

采用SATWE作為主計算軟件，同時用PMSAP軟件進行對比分析，用振型分解反應普法計算地震作用。從兩個軟件的計算結果來看，結構自振周期、周期比、樓層剪力、剪重比、層間位移角、位移比等指標相差不大，且均滿足規范要求。

結構自振周期第一階模態為X向平動，第二階模態為Y向平動，第三階模態為扭轉。第一扭轉周期與第一平動周期的比值為0.91/1.4=0.65，小于規范限值0.9；結構最大層間位移角為1/811，滿足規范限值1/800的要求；結構的X向最大位移比為1.33＜1.5，結構的Y向最大位移比為 1.14＜1.2（本段數據均為SATWE計算結果）。

補充多遇地震作用下彈性時程分析，并與振型分解反應普法計算結果進行比較。彈性時程分析采用兩條天然波和一條人工波，用SATWE軟件進行彈性時程分析，計算結果如表1所示。輸入三條地震波后計算得到的結構底部剪力均大于振型分解反應普法計算結果的65%，計算得到的結構底部剪力的平均值大于振型分解反應普法計算結果的80%，符合規范對地震波的選用要求。最后取時程分析結果包絡值與振型分解反應普法計算結果的較大值進行設計。

表1 彈性時程分析計算結果

4.2 中震作用下彈性驗算

采用SATWE軟件進行中震彈性計算，中震作用分析結果表明，型鋼混凝土轉換柱和型鋼混凝土轉換牛腿的抗震承載力均符合規范要求，滿足中震彈性的要求。

4.3 大震作用下轉換柱帽截面控制條件驗算

采用SATWE軟件進行大震不屈服計算，根據計算出的地震剪力標準值進行轉換牛腿的截面驗算，結果表明型鋼混凝土轉換牛腿的抗剪截面滿足大震作用下的要求。

5 結論

本工程屬于規則性超限的高層建筑，存在扭轉不規則、豎向尺寸突變、部分框架柱轉換等多個不規則超限問題。根據本樓不規則情況，通過小震、中震、大震作用下一系列計算對比分析，采取了相應的抗震構造加強措施及制定適宜的抗震性能目標。結構在小震作用下各項指標均滿足規范要求，關鍵構件在中震和大震作用下能滿足既定的性能目標。

1）小震作用下，采用SATWE和PMSAP兩個軟件得到的計算結果相差不大。周期比、剪重比、剛度比、樓層質量參與系數、層間位移角、位移比、軸壓比等指標均滿足規范要求。小震作用下，剪力墻、框架柱、轉換柱、轉換柱帽、框架梁、次梁等構件的配筋計算結果基本在規范允許的合理范圍，表明構件承載力基本滿足規范要求。

2）中震作用下，通過在轉換柱和轉換牛腿增設型鋼等措施，經計算分析增設轉換柱和轉換牛腿抗震承載力均滿足規范要求，轉換柱和轉換牛腿達到了中震彈性的性能目標。大震作用下，增設型鋼后的轉換牛腿的截面驗算滿足規范要求，轉換牛腿截面滿足大震的截面控制條件。