某醫院綜合樓超限高層結構概念設計分析

王小虎

摘 要：對于某超限高層的結構規則性進行判斷分析，為使結構滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，在采用多遇地震下常規設計方法的同時，采用結構抗震性能設計方法進行補充分析和論證。并對超限高層根據各個超限情況采取相應的抗震加強措施來保證結構的安全性。

關鍵詞：超限高層；不規則判定；抗震性能設計；抗震加強措施

1 工程概況

本工程為蘭州市中醫醫院異地重建項目-醫院綜合樓，位于蘭州市安寧區。主樓地上17層，裙樓4層（局部5層），地下2層。主要功能為醫院入口大廳、門診診療用房、醫療技術功能用房、病房及辦公用房。裙樓一至四層為門診診療用房，局部五層為學術報告廳；主樓一至二層主要為住院門廳、藥房及醫療技術用房，三層主要為手術室、重癥監護及內窺鏡中心，四層主要為血透中心及設備層，五層為醫院辦公用房，六層為產科病房，七至十七層為病房。房屋建筑高度為69.85m，平面形狀為矩形，長度為140.40m，寬度68.70m，五層標高18.70m以上Y方向收進46.80m，為體型收進的復雜高層建筑結構。七至十七層X向中間三跨結構取消，形成大底盤雙塔結構。塔樓長58.50m，寬21.90m。

根據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》，查得該地區的抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值0.20g，設計地震分組為第三組，特征周期為0.45s。

本工程主體結構采用現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，抗震設防分類為乙類，按本地區抗震設防烈度8度（0.20g）確定地震作用，按9度抗震確定抗震措施。剪力墻抗震等級為一*級，框架抗震等級為一*級。

2 上部結構選型及布置

本工程一至四層平面呈“凸”字形，較為規則，平面尺寸為140.40[×]68.70m。為盡量保證醫療功能的完整性、醫療流線的順暢，結構設計時將主、裙樓連為一體。采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，樓蓋采用現澆鋼筋混凝土梁板結構。二至四層門廳上空有23.40x23.70m的樓板開洞，門廳下側在二、四層形成穿層柱、單邊梁，門廳部位在四層頂部設報告廳，形成23.40x23.7m大跨度空間，選用型鋼混凝土梁大井字套小十字梁的布置方式，結構計算時大跨度梁考慮豎向地震作用。

3 超限情況判斷

本工程主裙樓連接部位（醫療走廊）部位由于設置天井及扶梯，形成四處樓板開洞，有效寬度與相應部位房屋寬度比值為41%<50%；裙樓門診天井與中庭上空三處樓板開洞，有效寬度與相應部位房屋寬度比值為63%>50%。

本工程豎向在五層平面收進，六層相對五層收進68.12%，且七層以上X向中間部位三跨結構取消形成大底盤雙塔結構，導致結構側向剛度及承載力有明顯變化；主樓綜合質心相對裙樓綜合質心偏心距與底盤相應邊長比值為27.8%>20%。

本工程超限判斷依據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》建質[2015]67號文中表二～表四規定，對平面及豎向規則性進行判斷見表1、2。

通過上表判斷，本工程屬于同時具有表1中四項不規則及表2中一項不規則的高層建筑工程。

4 抗震設防

4.1 抗震性能設計

針對本工程結構類型及不規則性判斷的情況，為使結構滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，在采用多遇地震下常規設計方法的同時，采用結構抗震性能設計方法進行補充分析和論證，根據結構可能出現的薄弱部位及需要加強的關鍵部位，對構件的性能目標進行細化，擬確定的性能目標為C級，采取的抗震設計性能目標的選擇見表3。

4.2 抗震等級

剪力墻抗震等級為一*級，框架抗震等級為一*級；其中雙塔主樓周邊一至七層框架柱及剪力墻、裙房周邊三、四層框架柱及剪力墻抗震等級為特一級；單邊梁及穿層柱抗震等級為特一級，局部單跨框架抗震等級為特一級。

5 超限結構的抗震加強措施

本工程屬于規則性超限的復雜高層建筑，在設計過程中滿足基本設防目標的基礎上，通過采取如下抗震加強措施，以期實現結構的安全可靠。

5.1 采用多種計算軟件進行結構計算分析

（1）利用SATWE、YJK兩種計算軟件，采用大底盤雙塔樓模型和單塔模型分別進行全樓整體計算，并利用YJK軟件進行彈性動力時程分析。

（2）利用YJK進行彈塑性動力時程分析驗算罕遇地震下的結構性能，彈塑性層間位移角最大值為

（X向：1/119<1/100； Y向：1/123<1/100）。

5.2 對大底盤雙塔結構采取的加強措施

（1）采用抗震性能設計：雙塔主樓周邊一至七層框架柱、剪力墻設防烈度地震作用下按抗剪彈性、抗彎不屈服設計，罕遇地震作用下滿足抗剪截面控制條件。

（2）雙塔主樓周邊一至七層框架柱、剪力墻抗震等級提高為特一級。

（3）分塔的首層（第七層）強制指定為薄弱層，將該層地震剪力放大1.25倍。

（4）雙塔底連接部位（六層頂）樓板加厚至150mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.25%。

（5）剪力墻約束邊緣構件延伸至分塔部位上一層（七層頂標高）。

5.3 對體型收進結構采取的加強措施

（1）采用抗震性能設計：裙房周邊三、四層框架柱、剪力墻設防烈度地震作用下按抗剪彈性、抗彎不屈服設計，罕遇地震作用下滿足抗剪截面控制條件。

（2）裙房周邊三、四層框架柱、剪力墻抗震等級提高為特一級。

（3）豎向體型收進部位上一層（第五層）強制指定為薄弱層，將該層地震剪力放大1.25倍。

（4）體型收進部位樓板（裙房屋面板）在主樓及其相鄰兩跨范圍內板厚不小于150mm，該層其余部位板厚不小于120mm，體型收進部位相鄰上下層樓板厚度不小于120mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.25%。

5.4 對樓板不連續采取的加強措施

樓板局部開大洞部位周邊樓板加厚至120mm，當洞口周邊剩余的連接板帶小于5m時板厚加厚至150mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.25%；適當提高洞口周邊框架梁縱向鋼筋配筋率。

5.5 對單邊梁及穿層柱采取的加強措施

單邊梁及穿層柱抗震等級提高為特一級，并按中震彈性進行復核計算，并根據DB62/T 25—3055—2011《建筑抗震設計規程》第6.7.12～6.7.14條采取加強措施。

5.6 抗震等級

抗震等級為特一級、一*級的框架柱，其配筋構造應滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》第3.10.2條第2、3款的要求，其中抗震等級為特一級的框架柱應設置芯柱，芯柱總面積不小于框架柱全截面面積的0.5%，箍筋直徑不小于12mm。

6 結論

本文通過對某超限高層的規則性分析判斷，針對各個超限類型采取結構加強措施，并按照規范要求進行了抗震性能設計，為以后類似的工程提供了方法和手段，做到了結構的安全性和合理性。