覃龍壽

（廣西華藍工程管理有限公司 南寧 530011）

0 引言

隨著經(jīng)濟和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，我國建筑行業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢，框架剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程施工中得到了廣泛的運用［1］，這種結(jié)構(gòu)模式不僅保留了框架結(jié)構(gòu)空間布置靈活、使用方便的優(yōu)點，還具有剪力墻抗側(cè)剛度大、抗震性能好的優(yōu)點，因此在建筑工程中充分發(fā)揮了作用［2-3］。而在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理念中，規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置和均勻的剛度、質(zhì)量分布在工程中往往會被優(yōu)先考慮采用，但是實際的建筑物無論是平面還是立面往往存在著不規(guī)則和突變［4-5］。已有的研究表明，比起規(guī)則結(jié)構(gòu)，不規(guī)則結(jié)構(gòu)在類似設(shè)計條件下的抗震設(shè)計需要考慮更大的地震響應(yīng)［6-7］，尤其是在高層及超高層建筑中，必須高度重視框架和剪力墻的變形協(xié)調(diào)性，在框架和剪力墻結(jié)構(gòu)中尋求受力平衡點［8-9］，從而形成穩(wěn)定可靠的框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證建筑的正常使用。

1 工程概況

廣西某技術(shù)業(yè)務(wù)綜合樓是廣西“十三五”計劃建設(shè)的重大公益性文化工程，也是廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)籌推進的重大建設(shè)項目。在拆除項目原有直播樓、職工俱樂部樓、綜合辦公樓共3棟建筑舊址的基礎(chǔ)上，新建一棟技術(shù)業(yè)務(wù)綜合樓，不僅完善了原項目自身基礎(chǔ)設(shè)施的需要，還推動了傳統(tǒng)媒體與新媒體融合發(fā)展，貫徹國家“一帶一路”戰(zhàn)略布局，推進中國-東盟自由貿(mào)易區(qū)建設(shè)、實施“睦鄰、安鄰、富鄰”周邊外交戰(zhàn)略的迫切需要，是一棟面向未來發(fā)展的綜合性工程，其綜合樓效果如圖1所示。

本項目總規(guī)劃用地面積約14 806 m2。建筑面積約50 000 m2，其中地上建筑面積約38 000 m2，地下建筑面積約12 000 m2。建筑高度為99.6 m，地上層數(shù)為21 層，其中1～4 層為裙房，設(shè)多個中大型演播廳和錄音棚；5～21 層為辦公用房；地下設(shè)2 層地下室，地下室埋深9 m，為車庫、設(shè)備及配套用房。

本工程設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，抗震設(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)防烈度為7 度（0.1g），設(shè)計分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35 s，基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。地面粗糙度C 類，基本風壓為0.35 kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)根據(jù)建筑功能需要，采取框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式，框架、剪力墻的抗震等級為一級，設(shè)計中嚴格控制了剪力墻的數(shù)量，能為建筑平面布置提供較大的使用空間，從而達到空間大、實用、美觀、大方、堅固的現(xiàn)代建筑宗旨。以簡潔的框架造型規(guī)整立面，開窗規(guī)整，從不同角度仰望都是整齊劃一，端莊祥和。

本工程剪力墻主要布置在主樓樓梯、電梯核心筒位置，從而形成良好的抗側(cè)力性能，建筑布置又較靈活的結(jié)構(gòu)體系，在這種結(jié)構(gòu)體系中，框架和剪力墻協(xié)同工作變形協(xié)調(diào)，形成了彎剪變形，從而減小了結(jié)構(gòu)的層間相對位移比和頂點位移比，使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到了提高；框-剪結(jié)構(gòu)在水平荷載下，大部分地震剪力由剪力墻承擔，框架柱截面尺寸可以做得不必過大而節(jié)約使用空間。根據(jù)建筑功能需求，在裙樓1～4 層設(shè)置大型多功能綜合演播廳，導致裙房屋面為30.8 m的大跨度梁，如圖2?所示；大跨度梁采用鋼筋混凝土框架梁，梁截面為800 mm×2 400 mm，相連柱子截面為1 500 mm×1 500 mm、1 200 mm×1 500 mm。5～21層為辦公、廣播用房，標準層結(jié)構(gòu)平面布置如圖2?所示，樓層主要構(gòu)件尺寸如表1所示。

圖2 裙房頂結(jié)構(gòu)布置Fig.2 Podium Roof Structure Layout

表1 樓層主要構(gòu)件尺寸Tab.1 Main Omponent Size of Storey

3 結(jié)構(gòu)超限情況及相應(yīng)加強措施

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50011—2010》［10］、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 3—2010》［11］（簡稱《高規(guī)》）以及超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》（建質(zhì)［2015］67 號）的相關(guān)規(guī)定，本工程存在平面、立面不規(guī)則在內(nèi)的4項不規(guī)則，屬于特別不規(guī)則超限高層建筑。具體超限情況如下：

⑴扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移大于該層平均值的1.2倍。X向最大位移比為1.37（5層）。

⑵樓板不連續(xù)，2～4層為演播大廳，樓板不連續(xù)，開洞面積大于30%。

⑶塔樓偏置，主裙樓間不設(shè)縫，導致上部主樓與大底盤的質(zhì)心偏心距大于底盤相應(yīng)邊長20%。

⑷主樓底部存在多個10 m高的穿層柱。

針對以上4項不規(guī)則，設(shè)計中采取如下加強措施：

⑴針對扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，按性能目標C級進行抗震性能設(shè)計，取雙向地震及單向地震計入偶然偏心進行計算。

⑵對樓板不連續(xù)、大開洞區(qū)域?qū)е碌谋∪踹B接部位，采取加厚樓板為150 mm 并雙層雙向拉通配筋。采用Midas 軟件對大開洞部位進行地震下的應(yīng)力分析，尋找薄弱部位并對其進一步加強，根據(jù)計算分析結(jié)果加大配筋，并控制鋼筋應(yīng)力。

⑶將第1～6 層體型收進部位的塔樓周邊柱抗震等級提高為特一級，柱子采用全高加密構(gòu)造措施，為增強大底盤范圍的剪力墻和框架柱的抗震性能，剪力墻身的水平和豎向分布筋的最小配筋率提高到0.50%，框架柱縱筋配筋設(shè)計時按放大1.1倍考慮。

⑷穿層柱按照中震抗剪彈性、受彎不屈服進行加強設(shè)計。

4 結(jié)構(gòu)主要計算分析

4.1 結(jié)構(gòu)整體彈性分析

主體結(jié)構(gòu)主要采用YJK 進行整體計算，采用MIDAS Gen進行對比分析，以確保分析的準確性。在結(jié)構(gòu)分析中，采用三維的桿單元模擬梁柱、其中YJK 采用殼單元模擬剪力墻，MIDAS Gen 采用墻單元模擬剪力墻。兩個不同軟件分析的整體模型的計算結(jié)果如表2～表4所示。

表4 地震作用下主體結(jié)構(gòu)剪力、剪重比及傾覆力矩結(jié)構(gòu)比較對比Tab.4 Comparison and Comparison of Shear Force，Shear-weight Ratio and Overturning Moment Structure of Main Structure under Earthquake Action

由表2 可知，兩種計算軟件得出的周期非常接近，說明模型及計算結(jié)果合理且有效，計算模型符合結(jié)構(gòu)實際工作狀況，可以作為設(shè)計的依據(jù)。

表2 主體結(jié)構(gòu)前6階周期計算結(jié)果對比Tab.2 Comparison of the Calculation Results of the First 6-order Period of the Main Structure

根據(jù)《高規(guī)》第3.7.3條，樓層層間最大位移角不宜大于1/800。由表3 可知，地震作用下位移角、位移比均滿足《高規(guī)》要求，結(jié)構(gòu)的剛度合理，能有效抵抗水平地震作用。

表3 地震作用下主體結(jié)構(gòu)位移結(jié)果對比Tab.3 Comparison of Displacement Results of Main Structure under Earthquake

根據(jù)文《高規(guī)》第4.3.12 條，7 度（0.10g）下基本周期小于3.5 s 的結(jié)構(gòu)樓層最小地震剪力系數(shù)為1.6%。由表4 可知，本工程兩種軟件計算的各樓層最小剪重比均大于1.6%，剪重比均滿足《高規(guī)》要求。

綜上，YJK 和MIDAS Gen 計算出的剪力和傾覆彎矩基本一致，相互驗證了計算模型的準確性。

4.2 彈性時程分析

根據(jù)《高規(guī)》第4.3.4條規(guī)定，本結(jié)構(gòu)應(yīng)采用彈性時程分析方法進行多遇地震下的補充計算。計算分析時選用2 條天然波及1 條人工模擬的加速度時程曲線，時程分析計算的底部剪力與陣型反應(yīng)譜（CQC）分析計算出的地基剪力對比如表5所示。

表5 時程分析法與CQC法計算結(jié)果對比Tab.5 Comparison of Calculation Results between Time History Analysis Method and CQC Method

由表5的結(jié)果可知：單條波得到的基底剪力都不小于反應(yīng)譜結(jié)果的65%，3條波的平均基底剪力不小于反應(yīng)譜結(jié)果的80%，單條波得到的基底剪力都不大于反應(yīng)譜結(jié)果的135%，3條波的平均基底剪力不大于反應(yīng)譜結(jié)果的120%，說明地震波的選取滿足《高規(guī)》要求。

4.3 樓板薄弱層應(yīng)力分析

樓板應(yīng)力分析主要針對有較大開洞的樓層，通過樓板應(yīng)力分析圖可以直觀的看到結(jié)構(gòu)樓面系統(tǒng)中應(yīng)力較大及相對薄弱的部位，為樓板采取加強措施提供圖形和數(shù)據(jù)的依據(jù)。

采用考慮樓板彈性變形的計算模型進行小震、設(shè)防地震下樓板應(yīng)力計算。二層樓板X向和Y向設(shè)防地震下的應(yīng)力如圖3所示。

圖3 二層樓板X向和Y向設(shè)防地震下的應(yīng)力圖Fig.3 Stress of the Second Floor Slab under X-directional and Y-directional Seismic Fortification（N/mm2）

計算分析表明，薄弱層樓板大部分區(qū)域在設(shè)防地震下正應(yīng)力小于混凝土抗拉強度標準值2.20 MPa，對局部薄弱部位應(yīng)力較大區(qū)域的樓板，按中震應(yīng)力結(jié)果進行配筋雙層雙向配筋加強。

4.4 罕遇地震動力彈塑性時程分析

采用PKPM-SAUSAGE 軟件進行罕遇地震下的動力彈塑性時程分析，結(jié)果表明最大結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角為1/175，剪力墻、框架柱整體塑性程度不高，底部加強區(qū)整體的性能化指標為中度、輕度損壞，整體抗震性能良好。

4.5 裙房大跨度梁受力分析

依據(jù)建筑功能，裙房首層為多功能綜合演播廳，在演播廳內(nèi)不允許設(shè)置框架柱，使得裙樓1～4 層形成大跨度空間結(jié)構(gòu)，裙房屋頂X和Y向大跨度尺寸分別為47.2 m、30.8 m；裙房屋頂為種植屋面，恒載標準值為11 kN/m2，活載標準值為5 kN/m2。

從結(jié)構(gòu)布置、建筑要求、經(jīng)濟性考慮，此部位采用單向大跨度主梁+現(xiàn)澆樓板的結(jié)構(gòu)形式（見圖2），主梁截面800 mm × 2 400 mm，相連柱子截面為1 500 mm×1 500 mm、1 200 mm×1500 mm，現(xiàn)澆混凝土樓板厚度為150 mm，梁板混凝土強度為C30。

對此部位采用MIDAS 進行多遇地震和設(shè)防地震下的補充計算，并考慮豎向地震作用，分析大跨度梁的受力情況，計算結(jié)果如表6所示。

表6 裙房大跨度主梁計算對比Tab.6 Calculation and Comparison of Large-span Main Beams in Podium

由表6分析可知：①在多遇地震作用下，在考慮豎向地震作用后，構(gòu)件彎矩、剪力均有一定的增加。經(jīng)配筋復核，梁縱筋配筋兩者無明顯差別，梁箍筋配筋比與僅考慮水平地震作用時增加10%～16%；②在設(shè)防地震作用下，根據(jù)設(shè)定的性能化目標，大跨度梁需要按中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服設(shè)計。計算分析表明，設(shè)防地震下的彎矩均小于多遇地震下的計算彎矩，剪力比多遇地震下的計算剪力增加10%，能實現(xiàn)設(shè)定的性能化目標。

5 結(jié)論

⑴廣西某技術(shù)業(yè)務(wù)綜合樓結(jié)構(gòu)存在多項不規(guī)則問題，本文對各種情況采取了相應(yīng)的受力計算分析和加強措施，確保了結(jié)構(gòu)各項指標均能滿足受力以及《高規(guī)》要求。

⑵裙房屋面大跨度梁為關(guān)鍵構(gòu)件，需要按中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)安全。