何小燕 張磊 李亞

(中國中元國際工程公司，北京 100089)

1 工程概況

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院位于甘肅省蘭州市，新建2號醫(yī)療綜合樓總建筑面積124 283m2，地下3層，地上23層(含裙房7層)，建筑高度為89．60 m。建筑主要功能為門診醫(yī)技住院樓，裙房部分的大報告廳使得底部二層挑空，三層處設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件以支撐上部結(jié)構(gòu)，基本柱網(wǎng)為 7．8 m ×7．8 m，8．2 m × 8．2 m，轉(zhuǎn)換桁架跨度30．50 m(見圖1)。

圖1 建筑效果圖

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級二級。根據(jù)《抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》［1］，工程抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類;根據(jù)《抗震規(guī)范》［2］，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0．20g，多遇地震下水平地震影響系數(shù)最大值0．16，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，設(shè)計(jì)使用年限50年，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0．45 s，抗震措施按9度抗震設(shè)防設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)體系及超限情況

工程采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，因房屋高度超過設(shè)防烈度提高1度后(9度)的房屋適用最大高度，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］采取了更高的抗震措施，結(jié)合本工程特點(diǎn)，剪力墻的抗震等級為特一級，框架的抗震等級B1層～F10層為特一級，F(xiàn)11層以上為一級，但其抗震構(gòu)造措施為特一級。

2層結(jié)構(gòu)平面圖見圖2。

因?yàn)楣δ軓?fù)雜，本工程存在多項(xiàng)不規(guī)則情況，根據(jù)建設(shè)部建制［2010］109號文［4］判定，本工程共存在6項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，如表1所示。

針對超限情況，設(shè)計(jì)中采取了一系列加強(qiáng)措施:剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)按照中震抗剪彈性控制截面;主樓部分框架柱采用芯柱，裙房部分采用型鋼混凝土柱;轉(zhuǎn)換桁架采用箱形鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其支撐柱采用型鋼混凝土柱，均滿足大震不屈服的要求;加強(qiáng)轉(zhuǎn)換桁架上下層樓板剛度并提高其配筋率;加強(qiáng)豎向收進(jìn)處的樓板剛度并提高其配筋率，提高其上下層豎向構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施。

圖2 2層結(jié)構(gòu)平面圖

表1 工程超限情況

3 性能目標(biāo)

針對工程的不規(guī)則情況，根據(jù)《抗震規(guī)范》［2］中的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性、使用功能及其對震后修復(fù)的要求，結(jié)合概念設(shè)計(jì)中的“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”等基本理念，制定了抗震性能目標(biāo)，如表2所示。

表2 整體結(jié)構(gòu)及重要構(gòu)件抗震性能目標(biāo)

4 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］的規(guī)定，分別采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM工程部的SATWE，PUSH＆EPDA和北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司的MIDAS分別進(jìn)行了整體分析計(jì)算，具體見表3。

4．1 多遇地震作用下反應(yīng)譜分析

表3 軟件應(yīng)用情況及內(nèi)容

本工程取地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固層，計(jì)算時考慮了模擬施工加載、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，表4列出了SATWE和MIDAS多遇地震作用下的計(jì)算結(jié)果，數(shù)據(jù)表明，兩個軟件計(jì)算分析結(jié)果較為接近，整體結(jié)果確實(shí)可信，結(jié)構(gòu)的基本周期、減重比、位移比等指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

表4 SATWE和M IDAS多遇地震下計(jì)算結(jié)果比較

4．2 多遇地震動力時程分析

選取 SATWE程序中自帶的兩條天然波(TH1TG045，TH2TG045)和一條人工波(RH1TG045)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明(見表5):各個地震波的底部最大剪力及最大彎矩與CQC方法計(jì)算值較為接近，且均小于CQC計(jì)算值，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用CQC的計(jì)算結(jié)果是安全可靠的。

表5 動力時程分析結(jié)果

4．3 罕遇地震作用下計(jì)算分析

為明確結(jié)構(gòu)在大震下的屈服機(jī)制，查找薄弱層，采用PKPM程序的EPDA＆PUSH模塊進(jìn)行了動力彈塑性分析。計(jì)算時選用了兩組實(shí)際地震波和一組人工模擬波，三條波的峰值均達(dá)到400 cm/s2;結(jié)構(gòu)主方向在所選的3條地震波作用下，響應(yīng)不盡相同(見圖3，圖4)，在人工波RH1TG045作用下地震響應(yīng)最大，其中頂層最大樓層位移為446．8 mm，最大層間位移角為1/150。從結(jié)果看出:罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)無薄弱層，最大層間位移滿足規(guī)范1/100的限值要求。

5 鋼結(jié)構(gòu)箱形轉(zhuǎn)換桁架分析

轉(zhuǎn)換桁架位于裙房3層，承擔(dān)上部4層的荷載，桁架斜桿對功能布局及管線均有影響，通過方案比選，最終確定采用鋼結(jié)構(gòu)箱形桁架的方案。分析時將轉(zhuǎn)換桁架于整體模型中建模，驗(yàn)算其在罕遇地震作用下的桿件受力情況，以保證達(dá)到大震不屈服的抗震性能目標(biāo)。

圖3 主方向最大樓層平均位移曲線

圖4 主方向最大層間位移角曲線

鋼桁架示意圖見圖5。

圖5 鋼桁架示意圖

6 結(jié)論及思考

1)醫(yī)院建筑的主要服務(wù)人群為病傷患者等弱勢人群，同時又承擔(dān)著震后救援的重要任務(wù)，因此對此類建筑的超限高層抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)采取更為有效的抗震措施。

2)醫(yī)院建筑的好與壞，建筑功能起了至關(guān)重要的作用，與此同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在此基礎(chǔ)上盡可能減少結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)，以提高整個結(jié)構(gòu)的抗震性能，對關(guān)鍵部位的關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)提高其抗震性能目標(biāo)，以保證結(jié)構(gòu)安全。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［4］建設(shè)部建制［2010］109號，超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)［Z］．