某醫院醫療綜合樓超限高層結構設計

何小燕 張磊 李亞

(中國中元國際工程公司，北京 100089)

1 工程概況

蘭州大學第二醫院位于甘肅省蘭州市，新建2號醫療綜合樓總建筑面積124 283m2，地下3層，地上23層(含裙房7層)，建筑高度為89．60 m。建筑主要功能為門診醫技住院樓，裙房部分的大報告廳使得底部二層挑空，三層處設轉換構件以支撐上部結構，基本柱網為 7．8 m ×7．8 m，8．2 m × 8．2 m，轉換桁架跨度30．50 m(見圖1)。

圖1 建筑效果圖

建筑結構設計使用年限50年，結構安全等級二級。根據《抗震設防分類標準》［1］，工程抗震設防分類為重點設防類;根據《抗震規范》［2］，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0．20g，多遇地震下水平地震影響系數最大值0．16，設計地震分組為第三組，設計使用年限50年，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0．45 s，抗震措施按9度抗震設防設計。

2 結構體系及超限情況

工程采用框架—剪力墻結構，因房屋高度超過設防烈度提高1度后(9度)的房屋適用最大高度，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》［3］采取了更高的抗震措施，結合本工程特點，剪力墻的抗震等級為特一級，框架的抗震等級B1層～F10層為特一級，F11層以上為一級，但其抗震構造措施為特一級。

2層結構平面圖見圖2。

因為功能復雜，本工程存在多項不規則情況，根據建設部建制［2010］109號文［4］判定，本工程共存在6項不規則項，如表1所示。

針對超限情況，設計中采取了一系列加強措施:剪力墻底部加強區按照中震抗剪彈性控制截面;主樓部分框架柱采用芯柱，裙房部分采用型鋼混凝土柱;轉換桁架采用箱形鋼結構轉換結構，其支撐柱采用型鋼混凝土柱，均滿足大震不屈服的要求;加強轉換桁架上下層樓板剛度并提高其配筋率;加強豎向收進處的樓板剛度并提高其配筋率，提高其上下層豎向構件的抗震構造措施。

圖2 2層結構平面圖

表1 工程超限情況

3 性能目標

針對工程的不規則情況，根據《抗震規范》［2］中的三水準設防目標及結構構件的重要性、使用功能及其對震后修復的要求，結合概念設計中的“強柱弱梁”“強剪弱彎”等基本理念，制定了抗震性能目標，如表2所示。

表2 整體結構及重要構件抗震性能目標

4 結構分析

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》［3］的規定，分別采用中國建筑科學研究院PKPM工程部的SATWE，PUSH＆EPDA和北京邁達斯技術有限公司的MIDAS分別進行了整體分析計算，具體見表3。

4．1 多遇地震作用下反應譜分析

表3 軟件應用情況及內容

本工程取地下室頂板作為上部結構嵌固層，計算時考慮了模擬施工加載、扭轉耦聯，表4列出了SATWE和MIDAS多遇地震作用下的計算結果，數據表明，兩個軟件計算分析結果較為接近，整體結果確實可信，結構的基本周期、減重比、位移比等指標滿足規范要求。

表4 SATWE和M IDAS多遇地震下計算結果比較

4．2 多遇地震動力時程分析

選取 SATWE程序中自帶的兩條天然波(TH1TG045，TH2TG045)和一條人工波(RH1TG045)進行計算，結果表明(見表5):各個地震波的底部最大剪力及最大彎矩與CQC方法計算值較為接近，且均小于CQC計算值，說明結構設計中采用CQC的計算結果是安全可靠的。

表5 動力時程分析結果

4．3 罕遇地震作用下計算分析

為明確結構在大震下的屈服機制，查找薄弱層，采用PKPM程序的EPDA＆PUSH模塊進行了動力彈塑性分析。計算時選用了兩組實際地震波和一組人工模擬波，三條波的峰值均達到400 cm/s2;結構主方向在所選的3條地震波作用下，響應不盡相同(見圖3，圖4)，在人工波RH1TG045作用下地震響應最大，其中頂層最大樓層位移為446．8 mm，最大層間位移角為1/150。從結果看出:罕遇地震作用下結構無薄弱層，最大層間位移滿足規范1/100的限值要求。

5 鋼結構箱形轉換桁架分析

轉換桁架位于裙房3層，承擔上部4層的荷載，桁架斜桿對功能布局及管線均有影響，通過方案比選，最終確定采用鋼結構箱形桁架的方案。分析時將轉換桁架于整體模型中建模，驗算其在罕遇地震作用下的桿件受力情況，以保證達到大震不屈服的抗震性能目標。

圖3 主方向最大樓層平均位移曲線

圖4 主方向最大層間位移角曲線

鋼桁架示意圖見圖5。

圖5 鋼桁架示意圖

6 結論及思考

1)醫院建筑的主要服務人群為病傷患者等弱勢人群，同時又承擔著震后救援的重要任務，因此對此類建筑的超限高層抗震設計，應采取更為有效的抗震措施。

2)醫院建筑的好與壞，建筑功能起了至關重要的作用，與此同時，結構設計應在此基礎上盡可能減少結構不規則項，以提高整個結構的抗震性能，對關鍵部位的關鍵構件應提高其抗震性能目標，以保證結構安全。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震設防分類標準［S］．

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］．

［3］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］．

［4］建設部建制［2010］109號，超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點［Z］．