大底盤(pán)不對(duì)稱(chēng)雙塔樓高層建筑的抗震設(shè)計(jì)

楊 驀 馬光磊

近年來(lái)由于公眾審美觀的多樣化和居住者對(duì)居住建筑的多樣化使得建筑師對(duì)建筑形態(tài)不斷創(chuàng)新,從而使突破現(xiàn)行規(guī)范的超限高層建筑越來(lái)越多。筆者結(jié)合大連海事大學(xué)科技園2號(hào)建筑實(shí)例介紹大底盤(pán)不對(duì)稱(chēng)雙塔樓超限高層建筑的抗震設(shè)計(jì)。

1 工程概況

大連海事大學(xué)科技園2號(hào)建筑總建筑面積228 349 m2,是集辦公研發(fā)、商業(yè)配套、會(huì)展、學(xué)術(shù)交流為一體的大型綜合建筑。包括兩棟高層塔樓(A,B棟)。裙房6層,地下4層。地上1層～6層為商場(chǎng)。A,B棟塔樓為7層～34層大空間辦公室,房屋總高度150.0 m。

2 超限分析及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施

1)房屋高度超限A,B棟高層房屋高度為150.0 m,超過(guò)了JGJ 3-2002鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程中規(guī)定的框架—核心筒結(jié)構(gòu)7度區(qū)適用高度130 m的限值。2)采用大底盤(pán)雙塔樓結(jié)構(gòu),質(zhì)量、剛度分布不均勻。3)由于商場(chǎng)使用功能的限制,A,B棟塔樓布置在大底盤(pán)的最右側(cè)和中部,其中A塔,B塔與裙房的質(zhì)心偏心距分別為80 m(A塔),37 m(B塔),A塔超出了《高規(guī)》10.6.1條“塔樓結(jié)構(gòu)與底盤(pán)結(jié)構(gòu)質(zhì)心的距離不宜大于底盤(pán)相應(yīng)邊長(zhǎng)的20%”的規(guī)定。針對(duì)塔樓偏心,采取了以下措施:a.裙房頂部樓板板厚加厚至180,同時(shí)裙房各層與塔樓相連的兩跨梁板適當(dāng)加強(qiáng),以增強(qiáng)兩棟塔樓的變形協(xié)調(diào)能力。b.增加底部剪力墻,調(diào)整底部剪力墻位置,尤其是在遠(yuǎn)離塔樓的裙房部分適當(dāng)布置了一些剪力墻,以調(diào)整裙房部分結(jié)構(gòu)的剛心,使其盡可能的靠近質(zhì)心。c.由于塔樓偏置過(guò)多,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí),大底盤(pán)部分2層～6層均設(shè)置了彈性板進(jìn)行計(jì)算。4)平面不規(guī)則,樓板局部不連續(xù)。該工程在裙樓各層中間部位因建筑設(shè)有中庭,開(kāi)有較大面積洞口,樓面開(kāi)洞尺寸超過(guò)樓面寬度的1/2。針對(duì)樓板局部不連續(xù)的情況,采取的措施有:a.加厚了洞口附近樓板和加強(qiáng)了邊梁,以增加平面剛度和利于水平力的傳遞;b.加強(qiáng)洞口所對(duì)應(yīng)的上層同一位置處的梁板;c.考慮因開(kāi)洞削弱而產(chǎn)生的平面內(nèi)變形,設(shè)計(jì)上選用能考慮樓板變形影響的設(shè)計(jì)軟件(SATWE程序)進(jìn)行整體內(nèi)力分析計(jì)算,分析時(shí)采用彈性樓板假定。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 計(jì)算軟件

該工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件》SATWE程序進(jìn)行計(jì)算分析,并采用北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的韓國(guó)《建筑及土木結(jié)構(gòu)通用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》MIDAS/GEN進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)取值

本建筑的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),裙房商業(yè)面積大于17 000 m2,由于塔樓與裙房均不設(shè)縫,兩個(gè)塔樓辦公面積相加達(dá)到110 000 m2,所以建筑抗震設(shè)防類(lèi)別均為乙類(lèi),設(shè)計(jì)地震分組為第一組。基本風(fēng)壓0.75 kN/m2,地面粗糙度為B類(lèi)。建筑主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu),其中地下4層～地下2層剪力墻和框架的抗震等級(jí)均為三級(jí),地下1層～屋頂層剪力墻和框架的抗震等級(jí)均為特一級(jí)。

1)振型組合數(shù):分別考慮單、多塔扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)抗震計(jì)算,振型數(shù)kt=36。2)時(shí)程分析地震波的選取:該工程按7度、Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地,選用了Elcent波、oakwh1波和場(chǎng)地合成人工波進(jìn)行分析計(jì)算。3)周期折減系數(shù):考慮到兩個(gè)塔樓的填充墻,周期折減系數(shù)取0.9。

3.3 整體計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)計(jì)算周期見(jiàn)表1,結(jié)構(gòu)位移見(jiàn)表2。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算周期

表2 結(jié)構(gòu)位移

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

下面以SATWE程序?yàn)橹鬟M(jìn)行分析:1)自振周期在合理范圍之內(nèi),結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比為0.48,滿(mǎn)足規(guī)范要求。2)振型曲線(xiàn)光滑符合規(guī)律。3)底層剪重比調(diào)整后滿(mǎn)足規(guī)范要求。4)最大層間位移和頂點(diǎn)位移小于1/1 000,滿(mǎn)足規(guī)范要求。5)動(dòng)力時(shí)程分析復(fù)核結(jié)果表明,不需要調(diào)整各樓層構(gòu)件的內(nèi)力和斷面配筋。

從以上計(jì)算結(jié)果看出,由于剪力墻和筒體布置較合理,結(jié)構(gòu)平動(dòng)周期比較合適,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響不大,各層的層間位移角能基本滿(mǎn)足規(guī)范的要求,整體受力合理、安全可靠。

4 局部計(jì)算及結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施

4.1 重要樓層板厚加厚

1)首層(地下室頂板,裙房的嵌固端)板厚180 mm,配筋率大于0.35%,雙層雙向貫通。2)對(duì)裙房屋面層(塔樓的嵌固端),樓板采用板厚180 mm,配筋率大于0.35%,雙層雙向貫通。3)對(duì)開(kāi)洞較多的核心筒內(nèi)樓板的板厚適當(dāng)加強(qiáng),板厚采用150 mm;加強(qiáng)核心筒邊梁和樓面洞邊梁的截面和配筋,以減少筒體較多開(kāi)孔和樓層開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的削弱。4)對(duì)2,3層大開(kāi)洞周邊樓板加厚至150 mm,配 Ф 10@150雙層雙向鋼筋網(wǎng)。

4.2 剪力墻底部加強(qiáng)部位

嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范,對(duì)剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)按特一級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì);對(duì)約束邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋和箍筋予以特別提高,對(duì)剪力墻的水平及豎向分布鋼筋配筋率適當(dāng)提高。

4.3 框架梁和連梁

建筑外周邊和裙樓室內(nèi)開(kāi)洞周邊適當(dāng)加高外框邊梁截面并且加強(qiáng)梁筋構(gòu)造,提高結(jié)構(gòu)的整體剛度,提高建筑物的抗震性能。剪力墻底部加強(qiáng)部位的連梁配置交叉暗撐,以增加連梁的延性,讓結(jié)構(gòu)在大震作用下過(guò)渡到一個(gè)具有較高變形能力的結(jié)構(gòu)體系,避免結(jié)構(gòu)倒塌。

4.4 加強(qiáng)塔樓外圍框架柱

控制軸壓比,為此采用鋼管混凝土疊合柱(簡(jiǎn)稱(chēng)疊合柱),它是由截面中部的鋼管混凝土和鋼管外的鋼筋混凝土疊合而成的,見(jiàn)圖1。該工程中,剪力墻墻肢最大軸壓比為0.46,框架柱最大軸壓比為0.65。構(gòu)件連接包括鋼筋混凝土梁與疊合柱連接,見(jiàn)圖2。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程由于平面布置的需要,造成樓板局部不連續(xù),而且又是塔樓偏置的雙塔建筑,對(duì)建筑物抗震不利,屬?gòu)?fù)雜高層結(jié)構(gòu)。為提高抗震能力,解決超限問(wèn)題,筆者認(rèn)為:1)要有合理的結(jié)構(gòu)體系;2)要進(jìn)行合理的概念設(shè)計(jì);3)要采取必要、有效的構(gòu)造措施。只有這樣,才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到合理性、經(jīng)濟(jì)性。

[1] GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3-2002,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 郭 雷,賈曉坤,王從英.考慮樓板變形時(shí)大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)二階分析[J].山西建筑,2009,35(6):101-102.