某醫院門診住院綜合樓結構抗震性能化設計

郭瑞峰 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230009）

1 工程概況

某醫院門診住院綜合樓為地上12層，地下1層的框架-剪力墻結構。總建筑面積約4.2萬㎡，地上建筑面積3.4萬㎡，地下建筑面積約8000㎡，建筑總高度50.70m。一至四層主要功能為門急診和醫技樓，五層及以上主要功能為住院病房。門診大廳為三層通高，裙房為四層且設有兩處內庭院。

本工程抗震設防烈度6度，重點設防類，抗震等級框架三級，剪力墻二級。基礎等級為甲級，采用天然地基，基礎形式采用筏板+下柱墩。為滿足建筑要求，本工程未設置抗震縫，不規則項較多，故有必要進行結構抗震分析計算。

2 結構超限情況

根據《建筑抗震設計規范》《高層建筑混凝土結構技術規程》和《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》有關規定，本工程結構超限情況見表1，屬于A級高度的復雜高層建筑，存有1項特別不規則項，3項一般不規則項。

表1 不規則項一覽表

圖1 鳥瞰圖

圖2 三層平面布置圖

3 結構抗震設計

3.1 結構抗震性能目標

結構抗震性能設計以《建筑抗震設計規范》（2016年版）第3.10節、《高層建筑混凝土結構技術規程》第3.11節為主要依據，抗震性能總體目標定位C級。

根據工程實際情況將底部加強區上延至四層裙樓頂上一層，即1～5層。將主樓1～5層剪力墻、框架柱和裙樓在主樓周邊范圍內的框架柱定為本工程的關鍵構件，其余剪力墻和框架柱定為本工程的普通豎向構件，全樓框架梁和剪力墻上的連梁定為本工程的耗能構件。

各類構件要滿足性能目標需達到的具體設計要求見表2所示。

表2 結構抗震性能目標

3.2 多遇地震作用下性能目標的實現

選用YJK軟件進行多遇地震彈性分析計算，并用Midas Building軟件進行復核，計算結果表明，兩種軟件計算結構前三階周期和基底剪力基本一致，層間位移角曲線連續光滑，樓層剛度變化均勻，均能滿足規范要求，能夠實現多遇地震作用下的抗震性能目標。

3.3 設防地震作用下性能目標的實現

選用YJK軟件進行設防地震彈性分析計算，經計算結構在設防地震作用下各層層間位移均小于1/400，可達到抗震性能目標要求。

圖3 樓層層間位移角對比圖

通過各構件的包絡設計，使得各構件均可達到抗震性能化設計在設防地震水準下的各項要求。

此外，針對出現拉應力的小墻肢，抗震構造措施或抗震等級按特一級執行，嚴格控制截面的平均拉應力不大于1.0ftk，保證設防地震下墻體的剛度在中震下不會有較大的退化，具有較好的抗震性能。

3.4 罕遇地震作用下性能目標的實現

選用YJK-EP軟件進行罕遇地震彈塑性時程分析計算，選取兩組天然波和一組人工波，采用雙向地震波輸入，主方向地震波峰值為125gal。

3.4.1 頂點位移和基底剪力分析

罕遇地震彈塑性時程分析結構頂點位移和結構基底剪力見表4、表5所示，結構在地震作用下的最大頂點位移為0.124m，X方向的最大彈塑性層間位移角為1/391，Y向的最大彈塑性層間位移角為1/300，均滿足1/100的規范限值要求。將結構基底剪力彈塑性計算結果與彈性計算結果進行對比，結果均在合理范圍內，證明計算結果真實可靠。

表3 YJK和Midas Building計算結果分析、對比

表4 結構最大頂點位移

表5 結構基底剪力對比

3.4.2 地震時程曲線分析

選取結構在人工波R1作用下的大震彈性和大震彈塑性基底剪力時程曲線和位移時程曲線，分析可知：

①開始階段，彈性時程和彈塑性時程分析的基底剪力和位移基本一致，曲線基本吻合；②隨著地震力加大，部分構件（主要為耗能構件）屈服，結構剛度退化，阻尼比增加，周期變長，吸收的地震剪力變小，彈塑性時程分析的基底剪力逐漸小于彈性時程；③由t=10秒開始可以看到彈塑性基底剪力到達峰值的時間滯后于彈性基底剪力，這表明此時的結構的剛度已經較初始狀態有較大退化，且差異逐漸增大；④隨著耗能構件屈服，阻尼比增加，結構剛度退化，周期變長，彈塑性頂點位移變小，二者逐漸分離。但彈塑性時程分析位移較彈性時程分析位移滯后不多，說明結構整體破損相對較小。

圖4 R1波彈性與彈塑性基底剪力時程曲線

圖5 R1波彈性與彈塑性頂點位移時程曲線

3.4.3 結構損傷情況分析

彈塑性時程分析計算結構損傷情況、抗震性能評述如下：

①剪力墻、框架柱絕大部分能夠保持完好無損壞，具有足夠的抗震承載力。僅個別剪力墻翼墻處小墻肢出現輕微損壞（占比1.38%），見圖6。

圖6 剪力墻、框架柱損傷等級評估

②框架梁和連梁出現破損，但破損較輕（輕微損壞～比較嚴重損壞合計約7%，嚴重損壞約4%），破損主要集中在高層兩處核心筒連梁處，表明連梁耗能充分，大震作用下能夠起到耗能作用，見圖7。

圖7 框架梁、連梁損傷等級評估

③各層剪力墻和框架柱的混凝土、鋼筋應變未超出材料極限值，能夠達到抗剪、抗彎不屈服，能夠滿足所設定的第4抗震性能水準的目標要求。

4 結論與建議

綜上，本工程屬于A級高度的復雜高層建筑，存在1項特別不規則項，3項一般不規則項。在抗震設計中，除保證結構在多遇地震作用下完全處于彈性階段外，還采取多種計算程序進行了彈性、彈塑性計算，補充了結構在設防地震、罕遇地震作用下的抗震性能分析。

結果表明，結構整體指標表現較為良好，基本能夠滿足規范要求，能夠滿足既定的抗震性能目標。本工程在6度抗震烈度設防區進行建設是安全可靠的。