■曾慶鵬 ■中元(廈門)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

廈門裕景中心酒店塔樓地上18 層，主體結(jié)構(gòu)高度83.35m;商業(yè)裙房6 層，高28.4m;酒店塔樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)裙房采用鋼框架-中心支撐結(jié)構(gòu)，裙房和酒店塔樓采用架空連橋連接，整體空間模型見(jiàn)圖1。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度7 度(0.15g)，設(shè)計(jì)地震分組第二組，設(shè)防類別為丙類，Ⅱ類場(chǎng)地。

圖1 酒店塔樓及裙房整體空間模型

2 結(jié)構(gòu)體系及超限應(yīng)對(duì)措施

酒店塔樓結(jié)構(gòu)平面狹長(zhǎng)，寬20m，長(zhǎng)160m;結(jié)構(gòu)體系布置見(jiàn)圖2，懸空兩端抗重力結(jié)構(gòu)體系包括鋼筋混凝土剪力墻、型鋼混凝土柱和型鋼混凝土框架;中部懸空部位長(zhǎng)度50m，采用矩形鋼管混凝土斜柱支撐7.70m 高的鋼桁架進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換桁架上方為鋼框架;抗側(cè)力體系采用兩端的鋼筋混凝土剪力墻和型鋼混凝土框架，主要豎向構(gòu)件截面及材料強(qiáng)度見(jiàn)表1。

圖2 酒店塔樓結(jié)構(gòu)體系示意

表1 主要豎向構(gòu)件截面及材料強(qiáng)度

酒店塔樓存在平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向構(gòu)件間斷等多項(xiàng)不規(guī)則問(wèn)題，為超限高層建筑。設(shè)計(jì)中采取了下述應(yīng)對(duì)措施:(1)底部加強(qiáng)部位取為轉(zhuǎn)換層以下及以上一層，剪力墻及鋼骨柱抗震等級(jí)提高為一級(jí)，轉(zhuǎn)換桁架及其上一層鋼框架抗震等級(jí)二級(jí)，滿足中震彈性抗震性能目標(biāo);(2)底部加強(qiáng)部位以上剪力墻及鋼骨柱抗震等級(jí)二級(jí)，鋼框架抗震等級(jí)為三級(jí)，滿足中震抗彎不屈服、抗剪彈性抗震性能目標(biāo);(3)剪力墻約束邊緣構(gòu)件設(shè)置型鋼，在重力荷載代表值作用下，核心墻體底部加強(qiáng)部位墻肢軸壓比控制在0.5 以內(nèi);(4)結(jié)構(gòu)兩端的斜柱及分叉柱內(nèi)設(shè)十字型鋼骨與鋼骨梁形成勁性混凝土框架，其余框架柱內(nèi)通高設(shè)H 型鋼;(5)轉(zhuǎn)換桁架及其上鋼框梁與兩側(cè)混凝土剛性連接，并延伸至相鄰跨混凝土梁(或墻肢)內(nèi)形成鋼骨，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 多遇地震作用下反應(yīng)譜分析

表2 為彈性反應(yīng)譜分析結(jié)構(gòu)主要計(jì)算指標(biāo)，兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果相近，均滿足規(guī)范［1］要求。

表2 結(jié)構(gòu)主要計(jì)算指標(biāo)

3.2 彈性時(shí)程分析

選取2 組實(shí)際地震記錄(L0061、L0586)和1 組人工模擬的加速度時(shí)程曲線(L7404)，采用SATWE 程序進(jìn)行多遇地震作用下的彈性時(shí)稱分析，時(shí)程分析與反應(yīng)譜分析的基底剪力見(jiàn)表3，滿足規(guī)范［1］要求。

表3 時(shí)程分析與反應(yīng)譜分析基底剪力(x103kN)

3.3 動(dòng)力彈塑性分析

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三組地震記錄三向輸入，并輪換輸入主方向，共計(jì)6 個(gè)工況進(jìn)行大震動(dòng)力彈塑性分析［2］，分析結(jié)果表明:X、Y 兩個(gè)主方向結(jié)構(gòu)最大層間位移角分別為1/145 及1/198，滿足規(guī)范［1］不大于1/100的要求。結(jié)構(gòu)兩端筒體墻肢、底部、結(jié)構(gòu)樓層剛度及剪力墻厚度發(fā)生突變樓層的剪力墻損傷相對(duì)顯著，設(shè)計(jì)中增大上述位置剪力墻的配筋，尤其是增大抗剪有利的分布鋼筋。轉(zhuǎn)換桁架及鋼管混凝土斜柱抗震性能良好，構(gòu)件未出現(xiàn)塑性，處于彈性工作狀態(tài)。連梁基本全部破壞，形成了鉸機(jī)制，結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制合理。

4 關(guān)鍵構(gòu)件及連接設(shè)計(jì)

4.1 轉(zhuǎn)換桁架

圖3 為轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖，斜柱根部?jī)蓚?cè)跨度50m，寬度20m，采用二次鋼桁架轉(zhuǎn)換方案，上部樓層中柱的豎向荷載在設(shè)備層通過(guò)2.15m 高次桁架轉(zhuǎn)換到位于二側(cè)的7.70m 高的主桁架上，為增加轉(zhuǎn)換桁架的空間剛度和結(jié)構(gòu)的冗余度，次桁架雙向正交布置。二側(cè)斜柱采用矩形鋼管混凝土，截面1400x800x80(Q390GJ)，內(nèi)灌C60 混凝土;主桁架均采用箱形截面，弦桿截面1100x600x60(Q390GJ)，斜柱延伸至上弦兼作桁架斜腹桿，其余腹桿主要截面為800x600x35(Q390GJ);次桁架采用焊接H 型鋼，材質(zhì)Q345GJ，弦桿600x600x25x40，腹桿主要截面為500x500x25x40。

圖3 轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖

斜柱作為轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，性能目標(biāo)定位在大震下構(gòu)件不屈服，不屈曲，并考慮豎向地震及偶然荷載作用的要求。采用SAP2000軟件對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性屈曲分析，前三階屈曲模態(tài)均為整體屈曲，屈曲荷載因子分別為8.95、13.08、13.12，具有較好的整體穩(wěn)定性及安全儲(chǔ)備。根據(jù)該項(xiàng)目超限高層抗震專項(xiàng)審查專家組意見(jiàn)，對(duì)鋼管混凝土斜柱在地震荷載工況下是否參與傳遞水平力進(jìn)行了分析，計(jì)算表明:小震下，所有斜柱X 向最大水平剪力為同層X(jué) 向水平剪力的8.5%，Y 向最大水平剪力為同層Y 向水平剪力的9.3%;說(shuō)明結(jié)構(gòu)水平地震力的傳遞途徑主要是通過(guò)樓面的水平剛度傳給了兩側(cè)的混凝土筒體。

為保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和大震下樓板破壞后的整體剛度，在主桁架上下弦樓蓋平面內(nèi)布置水平鋼支撐，鋼支撐的設(shè)計(jì)按大震下樓板傳遞的水平剪力設(shè)計(jì)，截面為350x250x16(箱形)。上下弦樓蓋及其相鄰跨混凝土部分板厚均取180mm，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果按板帶配筋，沿弦桿方向板帶鋼筋伸入相鄰跨混凝土部分樓板，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)部分樓蓋待上部樓層施工完畢后澆筑。

4.2 連橋及其支座設(shè)計(jì)

架空連橋?qū)挾?m～10m，外弧桁架跨度31.8m，內(nèi)弧桁架跨度44.5m，桁架高度10.9m～5.4m;一端與裙房框架柱剛性連接，另一端采用鉛芯橡膠支座支撐于轉(zhuǎn)換桁架下弦桿并與其弱連接。連橋坡道斜板及上弦屋面板按殼單元，考慮面內(nèi)及面外剛度與裙房整體計(jì)算分析，并考慮舒適度要求及豎向地震作用，內(nèi)弧桁架結(jié)構(gòu)立面見(jiàn)圖4。

圖4 連橋內(nèi)弧桁架展開(kāi)立面圖

為確定連橋滑動(dòng)端支座承載力及罕遇地震下水平位移，采用ETABS 軟件建立酒店塔樓及裙房整體空間模型(圖1)，鉛芯橡膠支座采用連接單元Isolator1［3］模擬，X、Y 方向考慮其非線性屬性賦予鉛芯屈服前彈性剛度、鉛芯屈服力及屈服后剛度對(duì)彈性剛度的比值，Z 方向不考慮非線性屬性賦予有效剛度極大值。輸入三組時(shí)程曲線(每組各兩條水平方向及一條豎向)，分別按多遇地震及罕遇地震加速度時(shí)程最大值，對(duì)各時(shí)程工況、恒載、活載以及風(fēng)載進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。多遇地震下，連接單元最大水平剪力820kN;罕遇地震下，連接單元最大軸向壓力14812kN，未出現(xiàn)軸向拉力，連接單元兩端最大相對(duì)水平位移176mm?？紤]到大震下鉛芯屈服，且主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)后對(duì)位移的影響，最終取隔震支座參數(shù)為:水平屈服力850kN，豎向抗壓承載力15000kN，滑移量±250mm，外輪廓尺寸≤1250X1250，高度≤500。

連橋滑動(dòng)端節(jié)點(diǎn)連接做法見(jiàn)圖5，支座限位鋼板承載力及位置按大震下連接單元水平剪力及兩端相對(duì)位移確定。采用SAP2000 軟件建立有限元模型，板件按面對(duì)象，具有截面屬性的殼單元模擬，單元最大劃分尺寸為100mm，應(yīng)力云圖見(jiàn)圖6，最大應(yīng)力為239N/mm2，位于連橋內(nèi)弧桁架支座的外挑箱梁上翼緣與轉(zhuǎn)換桁架下弦桿腹板交接面，設(shè)計(jì)中適當(dāng)加大該處板件厚度并合理的布置內(nèi)加勁板。

圖5 連橋支座節(jié)點(diǎn)詳圖

圖6 連橋支座節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖

單獨(dú)取連橋模型進(jìn)行模態(tài)分析，調(diào)整桁架桿件及上下弦樓板厚度，最終連橋結(jié)構(gòu)的豎向自振周期為T=0.155s，自振頻率fn=6.5Hz，形態(tài)見(jiàn)圖7，滿足人行激勵(lì)下舒適度要求。

圖7 連橋豎向振型圖

5 結(jié)論

(1)經(jīng)過(guò)不同計(jì)算軟件的對(duì)比分析，本工程針對(duì)超限情況所采取的應(yīng)對(duì)措施是有效的。

(2)轉(zhuǎn)換桁架水平地震力主要通過(guò)樓蓋的水平剛度傳遞至兩側(cè)混凝土筒體，斜柱承擔(dān)的水平剪力較小。

(3)架空連橋采用鉛芯橡膠支座實(shí)現(xiàn)弱連接，通過(guò)時(shí)程分析確定了支座鉛芯的水平屈服力及大震下的水平位移，并輔以舒適度驗(yàn)算，保證架空連橋在平時(shí)及地震作用下的正常工作。

［1］JGJ3 -2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］廈門·裕景中心項(xiàng)目II-酒店塔樓結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析報(bào)告.建研科技股份有限公司，2012.

［3］ETABS 中文版使用指南.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［4］廈門·裕景中心塔樓建筑結(jié)構(gòu)工程超限設(shè)計(jì)可行論證報(bào)告.中元(廈門)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，2012.