來(lái)武清，包洪余，楊越

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

1 工程概況

重慶融創(chuàng)·凱旋路項(xiàng)目A區(qū)包含3棟（1#、2#和3#樓）超高層住宅建筑，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)。從嵌固端算起的結(jié)構(gòu)高度，1#樓為181.90m；2#、3#樓為182.50m，結(jié)構(gòu)高度均超過B級(jí)高度限制。

結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凸凹不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)等3項(xiàng)不規(guī)則。單體的典型結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。結(jié)構(gòu)底部存在兩層通高的抗震不利因素。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖

該工程的抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)為D級(jí)[1,3]。

針對(duì)工程的超限情況和性能目標(biāo)的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了小震、中震、大震下的詳細(xì)分析和其他針對(duì)性的補(bǔ)充分析驗(yàn)算。以1#樓為例，對(duì)分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行介紹。

2 結(jié)構(gòu)的小震彈性反應(yīng)譜對(duì)比分析

在小震彈性反應(yīng)譜分析時(shí)，采用satwe和midas building兩款軟件對(duì)結(jié)構(gòu)的常規(guī)參數(shù)（質(zhì)量、周期、陣型、剛度比、抗剪承載力之比、作用力、位移、位移比、剪重比、整體穩(wěn)定、軸壓比、舒適度）進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，主要對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 小震彈性反應(yīng)譜指標(biāo)對(duì)比

兩款軟件計(jì)算的小震反應(yīng)譜結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了模型的正確性和合理性。

3 小震彈性時(shí)程分析

該工程進(jìn)行了地震安全性評(píng)估，《安評(píng)》建議的地震動(dòng)參數(shù)比規(guī)范[1-2]的地震動(dòng)參數(shù)大，故分析設(shè)計(jì)時(shí)采用《安評(píng)》建議的地震動(dòng)參數(shù)。根據(jù)規(guī)范[1-2]的選波原則選取兩條人工波（rgb1、rgb2）和5條天波（Usa00361、Usa00683 Usa00684、Usa00707、Usa00867）進(jìn)行時(shí)程分析。地震波的地震影響系數(shù)與《安評(píng)》反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)對(duì)比如圖2所示。

圖2 地震波與《安評(píng)》反應(yīng)譜地震影響系數(shù)比較

在前三階周期點(diǎn)上的地震影響系數(shù)比較如表2所示。

表2 主要周期點(diǎn)上地震影響系數(shù)比較

由表2可知，多條地震波的平均地震影響系數(shù)和安評(píng)反應(yīng)譜地震影響系數(shù)在統(tǒng)計(jì)意義上相符。

各條波計(jì)算的底層剪力與CQC法計(jì)算的底層剪力對(duì)比如表3所示。

表3 小震彈性時(shí)程底層剪力與CQC法底層剪力的比較（kN）

可見，每條地震波計(jì)算的底部剪力與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果之間的誤差均在35%以內(nèi)，7條波計(jì)算的平均底部剪力與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果之間的誤差在20%以內(nèi)。驗(yàn)證了所選地震波的有效性和結(jié)構(gòu)模型的合理性。取7條波彈性時(shí)程計(jì)算的平均值與反應(yīng)譜法的較大值進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

4 大震彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析

采用SAUSAGE軟件，選取了2條天然波（USA00707、USA00683）和1條人工波（rgb1）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析。

結(jié)構(gòu)的底層剪力時(shí)程曲線如圖3。

圖3 結(jié)構(gòu)底層剪力時(shí)程曲線

大震彈塑性計(jì)算的基底剪力如表4。

可見，大震彈塑性動(dòng)力時(shí)程計(jì)算的基底剪力比大震彈性反應(yīng)譜計(jì)算的基底剪力小。說(shuō)明結(jié)構(gòu)在大震彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)發(fā)生了塑性損傷，結(jié)構(gòu)剛度減小，故地震作用剪力減小。

頂點(diǎn)位移和最大層間位移角如表5所示。

可見，各條波的大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析的層間位移角均滿足規(guī)范的彈塑性層間位移角限值（1/100）的要求。

計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在大震地震波作用下結(jié)構(gòu)的2F和3F層間位移角明顯偏大，如圖4所示。原因在于1F～3F兩層通高，造成此兩層在大震下的反應(yīng)較大。對(duì)此，在穿層剪力墻的邊緣構(gòu)件中增加型鋼，以提高其變形能力和抗震性能。加型鋼前后的大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析層間位移角對(duì)比如圖4所示。

表4 大震彈塑性時(shí)程最大基底剪力對(duì)比

表5 大震彈塑性時(shí)程頂點(diǎn)位移及最大層間位移角

圖4 樓層最大層間位移角曲線

結(jié)構(gòu)底部穿層墻加型鋼后，底部樓層（2F和3F）層間位移角明顯偏大的現(xiàn)象得到改善，且薄弱樓層沒有轉(zhuǎn)移，層間位移角沿樓層分布均勻。

框架的損傷分布和剪力墻的損傷分布如圖5和圖6所示。

圖5 框架損傷分布

圖6 剪力墻損傷分布

可見，結(jié)構(gòu)的損傷主要集中在左上和右上角的剪力墻。采取提高其配筋率和配箍率的措施進(jìn)行加強(qiáng)。

5 穿層墻肢的補(bǔ)充分析

性能設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)穿層墻提出了中震彈性、大震不屈服的抗震性能目標(biāo)。1#樓的穿層墻編號(hào)如圖7所示。

圖7 1#樓穿層墻編號(hào)

用墻肢實(shí)際配筋分別計(jì)算墻肢截面彈性和不屈服的N-M（軸力-彎矩）相關(guān)曲線。分別將等效彈性法計(jì)算的中震、大震下的墻肢的各荷載工況組合下的（M,N）點(diǎn)繪于墻肢的N-M相關(guān)曲線的圖上，如圖8和圖9所示。

圖8 Q1穿層墻N-M相關(guān)曲線及內(nèi)力點(diǎn)

由圖8可知，位于結(jié)構(gòu)下部左右兩側(cè)的Q1在大震下的墻肢出現(xiàn)較大拉力，通過增加型鋼（延伸埋入基礎(chǔ)內(nèi)）的方式來(lái)抗拔。增加型鋼之前大震內(nèi)力點(diǎn)處于N-M相關(guān)曲線外，增加型鋼后大震內(nèi)力點(diǎn)處于N-M相關(guān)曲線內(nèi)。可見通過增加型鋼抗拔的措施后，Q1能滿足中震彈性大震不屈服的性能目標(biāo)。

圖9 Q2～Q10穿層墻N-M相關(guān)曲線及內(nèi)力點(diǎn)

由圖9可知，Q2～Q10穿層墻的中震下各工況組合內(nèi)力點(diǎn)均落在彈性N-M相關(guān)曲線內(nèi)，大震內(nèi)力點(diǎn)均落在不屈服N-M相關(guān)曲線內(nèi)。表明穿層墻在中震作用下處于彈性狀態(tài)，在大震作用下處于不屈服狀態(tài)。穿層墻能滿足中震彈性、大震不屈服的性能目標(biāo)。

表6 穿層墻肢穩(wěn)定性驗(yàn)算表

此外，穿層墻肢兩層通高高度為8m，按照《高規(guī)》附錄D進(jìn)行穿層墻肢的穩(wěn)定性驗(yàn)算，如表6所示。

可見，穿層墻均能滿足大震下的墻肢穩(wěn)定性要求。

6 超限措施

按照概念設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)[3-4]的思路和原則，結(jié)合以上分析結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件從如下幾個(gè)方面進(jìn)行加強(qiáng)。

（1）對(duì)穿層墻，通過增設(shè)型鋼、增大邊緣構(gòu)件縱筋和箍筋、增大墻身分布筋配筋率、控制軸壓比的方式提高其抗震性能。

（2）對(duì)于大震下受拉的墻肢（Q1），增設(shè)型鋼，將型鋼延伸埋入基礎(chǔ)內(nèi)，以抵抗墻肢的拉力，同時(shí)增大縱筋、箍筋和分布筋的配置。

（3）對(duì)損傷集中的左上和右上角的剪力墻，采取提高其邊緣構(gòu)件縱筋率和配箍率、墻身分布筋配筋率的措施進(jìn)行加強(qiáng)。

（4）對(duì)于連梁，通過配置對(duì)角斜向鋼筋、提高縱筋率和箍筋率的方式提高抗剪能力和耗能能力。

（5）對(duì)于應(yīng)力集中的樓板區(qū)域，采取加大板厚、配筋雙層雙向加大的方式進(jìn)行加強(qiáng)。

（6）其他有針對(duì)性的加強(qiáng)措施。

7 結(jié)論

該工程1#、2#（3#）塔樓為超B級(jí)高度剪力墻結(jié)構(gòu)，底部?jī)蓪油ǜ?，且存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凸凹不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)3項(xiàng)不規(guī)則。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)和抗震性能化設(shè)計(jì)。采用多種計(jì)算程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了小、中、大震下的詳細(xì)分析和其他有針對(duì)性的補(bǔ)充分析。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件提出了有針對(duì)性的超限措施。

綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理有效，并且安全可行。

[1]JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程運(yùn)用于分析JGJ3-2010[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[4]徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.