深圳市建筑设计研究总院有限公司
摘要：随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也得到迅猛发展。本文结合工程实际，对综合体建筑结构设计进行了分析。
关键词：综合体建筑；结构设计
1 工程概况
本工程为综合体建筑，采用框架一剪力墙结构。建筑地下4层，地上23层，总高度98.3m。总建筑面积9.98万m2。裙房共7层，均为商业，裙房总高度为38.15m。裙房上部有三个塔楼：主塔楼A，塔楼B，塔楼C。在裙房的1至7层，由于建筑功能的需要设有中庭，结构上出现了15m-22m的大跨度梁，4m-8m的大跨挑梁。6，7层由于影院功能的需要出现了跨层，导致7层楼板局部不连续，开洞面积大于30%。
2 结构布置和超限情况说明
2.1结构布置
本项目采用普通钢筋混凝土梁板，局部大跨度梁采用预应力混凝土梁，局部大跨度挑梁采用型钢混凝土梁。为充分考虑建筑功能及结构布置，在核心筒部位及周边布置双向剪力墙，主楼区域剪力墙最大间距24m，裙楼剪力墙最大间距50m。底层剪力墙承受抗倾覆力矩百分比X，Y向分别为63.3%和65.7%。
2.2结构基本情况
结构类型：钢筋混凝土框架一剪力墙
建筑场地类别：Ⅱ类
建筑抗震设防类别类别：裙房：重点设防类，塔楼：标准设防类
抗震设防烈度：设防烈度6度，6度计算，其中裙房7度抗震措施
建筑安全等级：裙房：一级，塔楼：二级
构件抗震等级见下表：
2.3结构超限判断及结构超限申报
参考住房和城乡建设部文件《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010] 109号），本工程为具有三项以上不规则的高层建筑工程：①扭转不规则，考虑偶然偏心的扭转位最大移比为1.37，大于1.2；②偏心布置，7层和8层的质心相差大于相应边长的15%；③楼板不连续，开洞面积大于30%；④尺寸突变，多塔结构；⑤屋面有局部梁上柱转换。
针对上述不规则填写超限申报表，超限申报方案论证后采取了有效控制安全的技术措施。
3 基础设计
3.1工程地质条件
拟建建筑物场地类别为Ⅱ类，其设计特征周期值应采用0.35s。拟建场地为建筑抗震一般地段。拟建场区地层按岩土单元从上至下可分为五大层：①素填土；②砾砂；③卵石；④--1强风化片岩；④-2中风化片岩；④-3微风化片岩；⑤-1强风化辉绿岩；⑤-2中风化辉绿岩；⑤-3微风化辉绿岩。
场地基岩面起伏较小，岩体中无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层等，岩体岩性均匀，力学性质近于各向同性。场地岩体为非可溶岩，不存在溶洞等岩溶问题。拟建工程采用微风化片岩和微风化辉绿岩为基础持力层时，地基均匀，地基承载力特征值fa=4000kPa。
建议场地抗浮设防水位标高采用236.4m（地面设计标高）
3.2基础设计
由于地下室底板顶结构标高为220.000m，结合工程地质剖面可知：地下室底板位于微风化岩石上。结合地勘报告提供的各项参数，该工程采用采用扩展基础，以微风化岩为基础持力层，地基承载力特征值fa=4000kPa。
场地地下水主要接受上游和西侧阶地地下水补给，与东侧河水互补。场地地下水动态变化主要受气象、水文地质环境影响，雨季水位高，旱季水位低。地勘报告建议场地抗浮设防水位标高采用236.4m，实际开挖地下室底板垫层底标高为219.400m，需考虑17m的水头。结构采用SOOmm底板和300mm素混凝土回填抵消部分浮力，其余浮力由抗浮锚杆承担。锚杆间距2.1m×2.1m，抗拔锚杆孔径180mm，每根锚索为3根1×7（七股）直径21.6钢绞线，锚索锚人微风化片岩，锚人长度不得小于14.0m，采用M30砂浆，锚固体与岩石间粘结强度特征值暂取240kPa，单根锚索的抗拔力预枯为950kN，对钢纹线施加95kN预拉力，使钢纹线绷紧。抗拔锚索施工前应进行抗拔试验，试验结果符合设计要求后方可全面进行抗浮锚杆施工。
4 上部结构设计
4.1弹性分析1—考虑扭转辐联振动影响的振型分解反应语法
采用STAWE（版本号：2010）作为主要计算分析软件，并同时采用Midas Building（版本号：2014）对STAWE分析结果进行校核。
由于本项目出7层商业屋面后分为三个塔，分别为A塔15层，B塔5层，C塔1层，先按照整体模型分析，再单独对塔楼带局部裙楼分析，并从以下几个方面进行比较分析：①结构总质量；②结构周期和振型；③双向地震作用下（规范反应谱）和风荷载作用下最大位移角；④在偶然偏心地震作用规定水平力下，最大水平位移和层间位移与该楼层相应位移平均值；⑤楼层侧向刚度比；⑥楼层抗剪承载力比；⑦地震及风荷载下基底剪力及倾夜弯矩分析；⑧规定水平力作用下结构底层框架柱承担的倾覆力矩（SATWE）；⑨地震剪力系数；⑩结构稳定性分析；嵌固端上下层刚度比。
从线弹性分析结果来看，结构具有合适的刚度，满足规范各种指标的控制要求。STAWE及MIDAS building两种软件分析的结构总质量、周期、基底剪力和层间位移角基本一致，两种程序的反应谱分析结果之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做的判断，结构是合理的，计算结果均满足现行国家规范及规程的要求。
4.2弹性分析2—弹性时程分析
按照（建筑抗震设计规范》的要求，采用安评报告提供的5条天然波和2条人工波进行多遇双向地震弹性时程分析，并与规范反应谱分析进行了对比，进一步验证了弹性分析结果的正确性，保证项目的结构安全、可行。
时程分析结果表明，结构未出现明显的刚度竖向分布突变层；反应谱计算的结构层间剪力小于多条时程曲线计算所得结构层间剪力的平均值，采用七条波层剪力平均值作为基地剪力。弹性时程计算结果表明，结构在小震作用下整体结构及所有结构构件满足规范要求，即能够实现性能水准1。
4.3抗震性能设计—等效弹性分析
①该项目设定抗震性能目标为c级，性能目标c对应的性能水准：
②等效弹性方法。按照（高层建筑混凝土结构技术规程》的3.11.3条的要求，结构在第3，4性能水准应进行弹塑性计算分析，但不管是静力弹塑性分析还是动力弹塑性分析相对弹性分析来说都比较复杂，因PKPM/SATWE提供了一套按照等效弹性分析设计方法，来初步进行结构构件满足结构第3，4性能水准的性能设计。
③等效弹性方法进行结构中、大震性能设计的实用性。结构在中、大震作用下，部分结构构件已发生屈服，因而《高层建筑混凝土结构技术规程》的第3.11.3条要求对第3，4性能水准应进行弹塑性计算分析。当结构在中、大震作用下时，由于部分结构构件已屈服，结构的整体阻尼会增大，周期也会增长，从加速度反应曲线可以看出，结构阻尼和周期的增长都会减小结构地震力。等效弹性方法通过增加阻尼和折减连梁刚度的方法来近似考虑。
《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.11.3条的条文说明中提到，为方便设计，允许采用等效弹性方法计算竖向构件及关键部位构件的组合内力，计算中可适当考虑结构阻尼比的增加（增加值一般不大于0.02）以及剪力墙连梁刚度的折减（刚度折减系数一般不小于0.3）。
对于中震作用下的等效弹性方法时取结构阻尼比为0.053，剪力培连梁刚度为0.5；大震作用下的等效弹性方法时取结构阻尼比为0.07，剪力墙连梁刚度为0.3。对本工程应分别进行中震弹性、中震不屈服以及大震不屈服构件验算；中震位移角验算、大震位移角验算。
④中震弹性、中震不屈服。基于性能的设计方法，主要是针对不满足规范，进行妥协的底线，在此底线的基础上，做基于性能的抗震设计以进行加强，即做中震弹性计算。应该明确一点，中震弹性和中震不屈服是两个概念。中震弹性：不考虑与抗震等级有关的增大系数。中震不屈服：荷载分项系数取1、内力调整系数取为1、抗震调整系数 re取1、材料强度用标准强度。中震弹性要比中震不屈服的要求严的多。中震不屈服设计已经去掉所有安全度，属于承载力极限状态设计。中震弹性设计取消内力调整的经验系数，保留了荷载分项系数，也就是保留了结构的安全度和可靠度，属正常设计，相应的配筋也大得多
⑤结论。中震的等效弹性分析表明：1）定义为关键构件的底部加强区剪力墙的截面大小及配筋相对合理，其正截面验算满足中震不屈服，受剪中震弹性的要求，框架柱中震正截面不屈服，抗剪弹性。2）对于钢筋混凝土连梁及一般梁，从配筋结果可以看出，混凝土梁截面及箍筋配置能满足中震不屈服的要求。3）按照等效弹性方法分析的中震作用下最大层间位移角为1/468，满足小于1/400要求。
大震的等效弹性分析表明：1）定义为关键构件的剪力墙的截面大小合理，其正截面及受剪满足不屈服的要求。2）对于钢筋混凝土连梁，当连梁按小震弹性与中震不屈服分析结果配筋时，部分连梁进人屈服阶段。3）按照等效弹性方法分析的大震作用下最大层间位移角为1/281，满足小于1/200要求。
4.4弹塑性分析—静力弹塑性推及（Pushover）分析
静力弹塑性分析反映塑性铰的开展情况，对于中震和大震下的构件验算是个很好的参考和补充。结果显示结构具有足够变形能力储备和内力重分布的能力而不至于被破坏到临界倒塌极限状态。结构弹塑性层间位移角达到我国GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》表M.1.1-2性能4的要求。在中震性能点时部分连梁和框架梁出现塑性铰，剪力墙、框架柱均未屈服，其性能满足设定的抗震性能目标。在大震性能点时大部分连梁及部分框架梁出现塑性铰，部分框架柱也出现塑性铰，但均未达到CP状态，剪力墙未屈服达到99%，顶部局部屈服，通过加强配筋的手段增加构造措施，提高抗震性能，结构整体性能能够达到抗震性能目标。
4.5罕遇地震楼板性能分析
本项目7层存在楼板开大洞情况，8层为商业屋面，同时也是多塔结构底座，对这两层采用MIDAS BUILDING进行罕遇地震楼板应力专门分析。7层开洞附近楼板厚度取180mm，楼板钢筋配筋率取不小于0.25%双层双向；8层商业屋面楼板厚度全部取180mm，配筋率取不小于0.25%双层双向，经过楼板应力分析，此层楼板在罕遇地震作用下剪力及应力在规范允许范围内。
5 结束语
5.1根据本项目的特点针对性的抗震分析
5.2采取的其他结构加强措施
①合理调整底盘结构，在适当位置布置剪力墙，尽量使底盘刚心接近质心。②裙房墙厚按400考虑，有效增加整体刚度，适当提高配筋率，保证受剪承载力满足中震弹性。③塔楼周边竖向受力构件在塔楼下部两层及裙房顶部两层抗震等级均提高一级，框架柱箍筋全高加密。④在裙楼7层范围内剪力墙全部设置约束边缘构件，并且塔楼约束边缘构件从商业裙楼屋面再往上延伸2层即设置到9楼。⑤分塔计算中，B塔由于剪力墙布置不对称，偏心较为严重，第一扭转与第一平动周期比比较接近0.9，通过增加周边框架柱，及增加周边框架梁截面宽度以增加整体刚度，调整扭转严重的现象。⑥ 15m-22m大跨度梁采用预应力混凝土梁，减小梁板的挠度。⑦4m-8m大跨度挑梁采用型钢混凝土梁。⑧对2层一6层中庭开洞部位，开洞周边板厚180mm，并双层双向配筋，配筋率0.25%；对7层楼板板厚按180mm考虑，并双层双向配筋，配筋率0.30%。裙房屋面层楼板板厚加厚至180mm，双层双向配筋，配筋率不小于0.25%；其相邻层楼板亦适当加强，最小厚度取150mm，双层双向配筋。增加结构的整体变形协调能力，确保大震下的整体性及传递水平力的有效性。⑨裙楼与塔楼相连处屋面梁截面及配筋加强，提高配筋率。
论文作者:刘文浩
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/27
标签：结构论文; 弹性论文; 楼板论文; 塑性论文; 性能论文; 构件论文; 塔楼论文; 《基层建设》2017年6期论文;