轉換層雙塔高層住宅結構抗震設計探討

■謝智勇 ■福建西海岸建筑設計院，福建 福州 350000

1 工程概況

該高層酒店，占地約26323平方米，是由裙房和一棟塔樓組成的五星級酒店，地下1層，局部2層(塔樓范圍)，地上39層。功能包括酒店、服務式公寓、餐飲及地下車庫、設備房等，工程總建筑面積94593m2。工程主樓采用框架-核心筒結構體系，裙樓采用框架結構體系，塔樓地下室至21層設置鋼骨柱。根據工程場地的地震安全性評價報告，場地地震基本烈度為VII度，根據《建筑工程抗震設防分類標準》工程屬丙類建筑，根據《建筑抗震設計規范》丙類建筑按本地區抗震設防烈度計算地震作用和采取抗震措施，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，工程框架及剪力墻抗震等級均為一級，剪力墻底部加強部位為地下二層～四層。

2 基礎設計

下表為工程長度的地質條件，根據不同工程位置柱腳內力大小不同以及巖石面分布，利用人工挖空灌注樁的方式進行施工，在塔樓范圍內，樁端持力層主要以微風化巖為主，微風化巖的厚度為0．5米;在裙樓范圍樁持力層主要以中風化巖為主，樁端深入到風化巖的深度為0．5米;在純地下室樁端持力層主要以強風化巖為主，樁端深入到強風化巖中的深入為兩倍樁徑。

表1 地質參數

3 結構設計

3．1 標準層平面

該工程地面建筑以上一共有39層，其中裙樓屋面高度為16．5米，共3層;塔樓高度一共148．15米，供34層，出屋小塔樓高度為7．4米。建筑結構寬度比為4．26(146．9/34．5)。工程主樓采用框架-核心筒結構體系，裙樓采用框架結構體系。左下圖為塔樓標準層平面。

3．2 結構平面設計

從建筑標準層平面圖中可以看出，該工程結構上比較對稱但是在尺度上Y結構相對X結構要小，加上建筑具體的要求，核心筒Y向的寬度僅有10．0米，比筒體總高度的十二分之一要小。除了剪力墻結構外，純框架計算過程中，通過計算發現工程結構向Y向抗傾覆能力比較弱，在把底部核心筒外墻增至700厚且外框柱截面增至1200x2000的條件下，結構的Y向剛重比才達到1．6勉強滿足規范的抗傾覆要求，且與其X向剛重比相差較大。所以，結合建筑平面結構布置以及使用功能，在建筑外框四個角增設剪力墻，剪力墻長度為6．2米，工程結構向Y的傾覆能力逐漸提升，同時也不會對建筑使用要求以及建筑外觀造成影響，使得建筑結構Y向的剛重比上升到3．0，與X向的剛重比(3．4)較為接近，這樣的平布布置具有合理性。

Y向核心筒距離外框柱距離超過10米，在設計過程中，在從地下室到第二十一層，由南向北進行鋼骨設置，保證控制住與結構延性軸壓比控制在最大軸壓比范圍下。右上圖為鋼骨柱大樣。

3．3 結構計算

在進行結構分析過程中，利用 PKPM-SATWE(2005．08版)、ETABS(9．05版)三維空間分析軟件，對結構整體位移、內力進行計算，這兩個三維空間分析軟件具有不同的力學模型兩個不同力學模型。由于在工程的低三十九層以及第七層中具有設備層，因此在采用ETABS計算模型過程中，同時對設備層彈性變形進行了充分的考慮。另外，由于室外地面較首層高度較低1．5米，不能當做工程的嵌固層，將下一層結構定位嵌固層。

(1)下面為整體分析的主要計算結果。

表2 SATWE主要計算結果

表3 ETABS 主要計算結果

方 向 X向 Y向風荷載下總風力Qo(kN)9503．18 12804．34基底總彎矩Mo(kN·m)8．8172E5 1．327E6最大層間角位移△u/h 1/3351 1/1340最大層間角位移所在樓層18 27

通過兩個程序進行計算，計算的結果比較接近，在原則上沒有發生矛盾與沖突，在結構剛度計算中兩者的結果稍有差別。通過ETABS、ATWE計算結果分析可知，在地震作用下建筑結構滿足抗震設計規格要求;在百年一遇風力荷載情況下，在地面粗糙情況較為嚴重的條件下，保證結構層之間最大位移角度與設計規范相符;根據SATEWE和ETABS的計算結果，表明裙樓結構中存在不規則扭轉，但扭轉在1．40以下，屬于調價允許范圍內。SATEWE和ETABS計算結果Tt/T1的比值均小于 0．85。

(2)選用三組加速度時程曲線，對彈性動力時程在地震作用下進行分析，將時程分析得出的層間位移角度、樓層剪力、樓層彎矩、頂點位移等統計結果，在考慮扭轉偶聯作用下，采用振型分解分析法，得出結論:結構Y、X向變形曲線特征具有一致性。

(3)利用PMSAP，通過有限元分析方法，對裙樓、標準層進行分析，計算顯示在地震作用力下(水平)，標準層樓板的應力比混凝土設計抗壓強度、抗拉強度要小;在X向上，地震作用力下裙樓局部位置抗拉強度應該對混凝土抗拉設計強度;由于塔樓四角以及核心筒樓板具有較大的應力，在進行設計過程中需要加厚樓板，增加配筋率，以雙層鋼筋網為宜。

(4)由于該工程中，塔樓第三十九層以及七層中，都有機電設備層，并且機電設備層樓板相對較少，利用SATWE，對不帶設備層結構進行模型計算，同時與帶機電設備層的計算模型進行對比，發現結果中位移比、剛重比、周期、地震力等都較為相似，如果僅忽視設備層，那么上一層層高計算就會過大，進而影響建筑樓層的位移、剪力以及抗剪能力，同時，不帶設備層柱、墻配筋率相對較多，在進行設計過程中，需要結合帶設備或不帶設備層兩種計算中進行包絡設計。

4 結束語

工程為B級高度的單塔高層建筑，有2項體形的規則性指標超限。主要是裙樓平面扭轉不規則和局部樓板不連續。設計中通過結構布置的調整，工程在多遇地震作用下的結構層間位移角(＜1/800)、結構的扭轉規則性(≤1．4)、豎向構件的軸壓比(普通框架柱最大軸壓比0．69;鋼骨柱最大軸壓比0．69;墻肢最大軸壓比0．50)均能滿足規范要求。

設計中還采用不同的整體分析軟件進行計算分析比較，并且在設計中綜合考慮了對結構構件抗震等級、內力調整、剪壓比、結構材料等方面的加強措施，來保證結構達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，同時也期望能最大限度地滿足建筑功能的要求。

［1］王程．連接體對雙塔高層建筑結構抗震性能的影響［D］．西南交通大學，2013．

［2］徐光興．高層建筑梁式轉換層結構的抗震設計的研究［J］．福建建材，2013(5):35-37．