大型購(gòu)物中心項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系選型研究

張翔宇

（成都招商遠(yuǎn)康房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都 610000）

通常情況下，大型購(gòu)物中心結(jié)構(gòu)體系選型可采用框架結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力較弱，在水平荷載下側(cè)向變形較大，體系缺少抗震二道防線(xiàn)，大震下往往震害較為嚴(yán)重。為避免框架結(jié)構(gòu)上述缺陷，增設(shè)少量剪力墻，形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，但該體系受建筑功能限制，往往存在剛度突變、扭轉(zhuǎn)等問(wèn)題，并且少量剪力墻將會(huì)吸收大部分地震剪力而過(guò)早破壞，使得二道防線(xiàn)的結(jié)構(gòu)名不副實(shí)。

框架-消能墻結(jié)構(gòu)指在原框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置適當(dāng)?shù)南懿考懿考诘卣鹱饔孟挛张c消耗地震能量，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，減緩結(jié)構(gòu)振動(dòng)，減小結(jié)構(gòu)變形，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不受損壞。消能部件的主要工作機(jī)制是通過(guò)消能器自身的相對(duì)變形或相對(duì)速度產(chǎn)生滯回耗能，為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼。該體系可有效規(guī)避框架結(jié)構(gòu)以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的缺陷。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目業(yè)態(tài)為大型購(gòu)物中心，地上6層，地下4層，地上建筑面積約為12 萬(wàn)m2，從嵌固端（即負(fù)一層板面）起算的結(jié)構(gòu)高度為6 m。抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。結(jié)構(gòu)中部由抗震縫劃分成南mall和北mall，本文以南mall為例展開(kāi)論述。

2 消能減震設(shè)計(jì)方案選型和布置

根據(jù)本項(xiàng)目各個(gè)單體的建筑功能特點(diǎn)，采用消能墻作為結(jié)構(gòu)的消能部件。消能墻由消能鍵和上下剪力墻組成，上下剪力墻與上下層框架梁緊密連接，將結(jié)構(gòu)的層間位移傳遞給設(shè)置在上下剪力墻之間的消能鍵。消能墻構(gòu)造如圖1所示。

圖1 消能墻構(gòu)造

（1）消能墻具有良好的滯回性能，可有效耗散地震能量，減少地震響應(yīng)。

（2）消能墻的屈服位移較小，在地震作用下率先屈服耗能，起到了“消能閥”的作用，有效保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（3）消能墻平面布置靈活，可布置在建筑隔墻或建筑外墻中間，建筑空間適應(yīng)性大。

（4）消能墻中的關(guān)鍵構(gòu)件消能鍵安裝、更換方便，極大節(jié)約了安裝和震后維修成本。

消能墻的布置可根據(jù)需要沿結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別設(shè)置，宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)變形較大的位置，根據(jù)本工程各單體結(jié)構(gòu)的特性，為充分發(fā)揮消能墻的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免消能墻布置對(duì)建筑使用功能的影響，消能墻盡量布置在建筑隔墻中間[1-2]。

以4層為例，消能墻布置如圖2所示。

圖2 南mall4層消能墻平面布置

3 大震彈塑性時(shí)程分析結(jié)果

3.1 整體計(jì)算結(jié)果分析

南mall選用一組人工波、兩組天然波，采用SAUSAGE軟件進(jìn)行了7度罕遇地震作用下的彈塑性時(shí)程分析，并對(duì)采用消能減震技術(shù)前后的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證消能墻的消能減震效果和采用消能減震技術(shù)后結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（1）罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)仍保持直立，各組地震波作用下層間位移角均小于1/50，消能減震結(jié)構(gòu)的最大層間位移角X向?yàn)?/152，Y向?yàn)?/144。

（2）消能減震結(jié)構(gòu)的自振周期略有減小，消能墻可為結(jié)構(gòu)提供一定的初始彈性剛度，但各組地震波作用下采用消能減震技術(shù)后與采用消能減震前結(jié)構(gòu)的基底剪力差異不大，消能墻主要通過(guò)滯回耗能減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。

（3）在各組地震波作用下，采用消能減震技術(shù)后與消能減震技術(shù)前相比，結(jié)構(gòu)X向頂點(diǎn)位移降低約9.6%～35.5%，最大層間位移角降低約13.8%～36.5%，Y向頂點(diǎn)位移降低約5.4%～32.1%，最大層間位移角降低約12.5%～34.0%，消能墻對(duì)降低結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)的效果明顯。

（4）在大震作用下，消能減震結(jié)構(gòu)的各層層間位移角均未超過(guò)框架結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值1/50，消能減震結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足大震不倒的性能要求。

3.2 樓層位移曲線(xiàn)對(duì)比

以天然波1為例，結(jié)構(gòu)采用消能減震技術(shù)后與采用消能減震技術(shù)前的樓層位移曲線(xiàn)和層間位移角曲線(xiàn)對(duì)比，采用消能減震技術(shù)后結(jié)構(gòu)的樓層位移曲線(xiàn)和層間位移角曲線(xiàn)有較顯著的減小，本結(jié)構(gòu)設(shè)置消能墻的消能減震效果明顯。

X向樓層位移、位移角如圖3、圖4所示。

圖3 X向樓層位移

圖4 X向位移角

Y向樓層位移、位移角如圖5、圖6所示。

圖5 Y向樓層位移

圖6 Y向位移角

3.3 地震能量曲線(xiàn)對(duì)比

X主方向作用下消能墻（位移型阻尼器）滯回耗能約為地震輸入總能量的25%，構(gòu)件耗能（即圖中應(yīng)變能）約為地震輸入總能量的14%；Y主方向作用下消能墻滯回耗能約為地震輸入總能量的26%，構(gòu)件耗能約為地震輸入總能量的14%。天然波1作用下的地震能量曲線(xiàn)如圖7、圖8所示。

圖7 X主方向大震作用下的能量曲線(xiàn)

圖8 Y主方向大震作用下的能量曲線(xiàn)

消能墻起到了良好的滯回耗能作用，吸收了一部分地震能量，降低了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性損傷程度。

3.4 框架梁柱損傷情況

（1）在罕遇地震作用下，采用消能減震技術(shù)后與采用消能減震技術(shù)前相比，框架梁柱的混凝土受壓損傷和鋼筋塑性應(yīng)變明顯減小，出現(xiàn)中度及中度以上損傷的構(gòu)件數(shù)量減少。

（2）僅少數(shù)柱底部混凝土受壓損傷較大，大部分框架柱底混凝土受壓為輕微～中度損傷；僅少量框架柱鋼筋出現(xiàn)塑性應(yīng)變。

（3）部分梁端出現(xiàn)受壓損傷或鋼筋出現(xiàn)塑性應(yīng)變，符合在罕遇地震下梁端耗能的需求。

減震前后框架梁、柱性能統(tǒng)計(jì)如圖9、圖10所示。

圖9 減震前、后框架梁性能統(tǒng)計(jì)

圖10 減震前、后框架柱性能統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)抗震性能與本地區(qū)抗震設(shè)防烈度（7度）的性能要求相比有明顯提高。結(jié)構(gòu)在大震下的性能水準(zhǔn)（如層間位移角、結(jié)構(gòu)變形耗能、構(gòu)件損傷等）有較明顯改善。消能部件合理選型布置，提高耗能效率，同時(shí)結(jié)合建筑功能及空間要求布置。