深圳某復雜停車樓結構設計分析

陳 杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 概述

隨著我國國民經濟的快速發展，全球貿易化早已是必然趨勢，作為進出口貿易的大國，現存的港口及其配套的拖車停車場已無法滿足日益擴大的貿易量。深圳作為一線超級大城市，土地資源問題尤其突出，在平地資源無法滿足當地經濟發展需求時，向山地資源發展已是必然的選擇。鑒于鹽田后方陸域面積狹小，空間資源爭奪激烈，交通矛盾日益突出，集裝箱運輸車路邊占道停車現象突出，對地區交通和居民生活帶來極大影響。為解決港口及后方陸域物流產業所帶來的作業停車需求，現建設一座鹽田港集裝箱運輸車綜合服務中心，作為疏港公共基礎設施，見圖1所示。

圖1 停車場效果圖

2 工程概況

該項目為大型綜合功能性建筑，包括2棟綜合集卡停車樓和1棟綜合服務樓。本文研究對象為1棟拖車停車樓。該停車樓建筑面積約124 440 m2。建筑主體高度52.7 m，地上八層。

根據建筑功能需要，并針對工程特點，對1#拖車停車樓通過設置抗震縫分為兩個結構單體，其中1-2#單體長104.7 m，寬57.5 m。地上典型平面布置見圖2、圖3所示，豎向典型剖面見圖4所示。該單體結構的設計使用年限為50 a，建筑結構的安全等級為二級?？拐鹪O防烈度為7度（0.1g），設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35 s。50 a一遇基本風壓為0.75 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。多遇地震下水平地震影響系數最大值為0.08，罕遇地震影響系數為0.5。結構阻尼比為0.05，抗震設防類別為標準設防類。根據《建筑抗震設計規范》[1]第4.1.8條，尚應估計不利地段對設計地震動參數可能產生的放大作用，其水平地震影響系數最大值應乘以增大系數，該單體局部地形頂部地震影響系數放大系數取1.5。根據《建筑結構荷載規范》8.2.2條對于山區的建筑物風壓高度變化系數還應考慮地形條件的修正，經計算，修正系數η取1.41。

圖2 典型掉層二層結構平面布置圖

圖3 典型上接地端樓蓋結構平面布置圖

圖4 典型剖面圖

3 基礎設計

該工程為邊坡頂建筑，采用天然基礎的話，近邊坡邊緣區域的地基承載力受邊坡影響較大，受力復雜，給邊坡設計帶來較大的難度，而且傳力路徑不直接，不確定因素較多，不宜采用。所以，該工程采用樁基較為合理。該工程采用鉆（沖）孔灌注樁，樁端持力層選擇在微風化花崗巖，入巖深度取0.5 m，樁長隨持力層深度確定。樁徑分為1 m，1.2 m，1.4 m，1.6 m，1.8 m，2 m共六種類型?；炷翉姸鹊燃壢∷翪40（樁身強度計算時，工作系數取小值為0.7，不考慮配筋）。根據計算結果由樁身承載力控制，預估單樁承載力特征值見表1所列。基礎設計等級為甲級。

表1 單樁承載力一覽表

對于山地建筑，樁基應設置在邊坡或斜坡潛在破裂面以下足夠深度的穩定巖土層內。因此，該工程樁端嵌巖深度從巖體破裂面以外水平距離不小于2 m考慮計算。相鄰樁樁端連線與水平線之間夾角不大于45°，按照“樁底應力擴散范圍內無巖體臨空面”要求控制。

4 結構體系概述

該工程采用鋼筋混凝土現澆框架剪力墻結構。該結構單體在規定水平力作用下結構底層框架部分承擔的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值小于50%，按框架-剪力墻結構進行設計，其位移相關指標按照框架-剪力墻結構的規定采用。剪力墻和框架結構的抗震等級分別為二級和三級。該工程無地下室，上部結構的嵌固部位均為基礎頂面。由于建筑功能需要，軸線（1-Q）～（1-S）區域的柱不能落在地面一層（絕對標高42.600），形成了底部豎向構件的約束部位不在同一水平面上且不能簡化為同一水平面時的結構，即山地建筑結構。該工程屬于在同一結構單元內有兩個及以上不在同一平面的嵌固端，且上接地端以下利用坡地高差按層設置樓層的結構體系，即掉層結構。所以該工程由三個嵌固端，即（1-S）軸的柱嵌固于約第三層標高處，（1-R）軸的柱嵌固于約第二層標高處，其余嵌固于約第一層標高的基礎頂面。參考《山地建筑結構設計規程》（征求意見稿），將各接地端上下層抗震等級提高一級。在該工程中第一～第四層框架和剪力墻抗震等級分別提高至二級和一級。

在該工程中，掉層結構的上接地豎向構件、拉梁按現行行業標準《高層建筑混凝土結構技術規程》[2]JGJ3的關鍵構件進行抗震設計。掉層結構的拉梁采用C級抗震性能目標，掉層結構的上接地豎向構件宜采用D級抗震性能目標。據此，對拉梁在設防烈度地震作用下正截面承載力保證不屈服，受剪承載力按彈性設計。對上接地豎向構件在設防烈度地震作用下正截面和受剪承載力均按不屈服考慮。

考慮到接地樓蓋起到協調變形的作用，受力復雜，在整體計算中上接地層樓蓋采用膜單元模擬面內彈性變形，配筋計算不考慮剛性樓板假定。在施工圖設計時，對該樓板考慮面內彈性變形，補充內力分析，并根據設防工況下內力結果配筋。

5 不規則性分析

5.1 主要計算結果

該工程采用三種軟件進行主要計算指標的對比分析，在主要計算指標上，三個軟件的計算結果都比較接近，詳細見表2所列。

5.2 規則性判斷

根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）（2016版）、廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》（DBJ 15-92—2013）[3]，并參照建設部建質【2015】67號文《超限高層建筑工程抗震設防審查技術要點》及粵建市函【2011】580號文《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》，該工程規則性情況判別標準如表3所列。

表2 反應譜法主要計算結果一覽表

表3 規則性判斷一覽表

通過超限判別可知，1-2#停車樓僅有扭轉位移比超限。根據粵建市函【2011】580號文《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》，不需要進行超限高層建筑工程抗震設防專項審查。但是考慮到掉層結構目前僅在部分區域采用，受力比較復雜，該項設計還是依據超限審查的標準進行了相關的計算和分析。

5.3 彈性時程分析

計算選用PKPM地震波數據庫中II類場地上的一條人工地震波RH1TG035，以及兩條實測地震波TH003TG035、TH033TG035，特征周期均為 0.35 s。

在此單體結構彈性反應譜分析時，地震影響系數放大了1.5倍，因此三條地震波輸入的加速度最大值相應地放大到52.5 cm/s2。輸入的三條地震波與放大后的規范譜分別做了對比，在結構前3階周期上均滿足抗震規范要求的統計意義上相符，見圖5所示。三條地震波的平均值在結構第1、第2、第3階周期上與規范譜的誤差分別為1.4%、-4.7%、-1.0%，滿足抗震規范要求。

圖5 規范譜與地震波譜對比圖

在彈性時程分析時，三條地震波均按雙向水平輸入，X向與Y向加速度比值為1∶0.85。彈性時程分析的主要結果如表4所列。

表4 彈性時程分析與反應譜分析的底部剪力對比表

（1）由于停車樓因掉層結構的緣故存在3個嵌固端，彈性時程分析與反應譜分析對比底部基底剪力時需同時比較第1～第3層的基底剪力。由此可見，在X和Y方向上每條時程曲線產生的結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%，多條時程曲線計算所得的結構底部剪力平均值大于振型分解反應譜法計算結果的80%，滿足《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）（2016版）的規定。

（2）時程分析方法顯示結構的反應特征、變化規律與前述振型分解反應譜法分析基本一致。時程分析法的包絡計算結果與反應譜法計算結果基本吻合，符合設計標準的有關要求。

6 結語

本文通過分析具有掉層結構的停車樓工程實例可以看出，由于結構嵌固端不在同一平面，掉層結構的受力性能與平地建筑結構有著顯著的不同。針對山地建筑結構的不規則性，結構設計采取合理選型，加強薄弱部位并輔以有效的抗震措施，使建筑的結構抗震設計滿足相關規范的要求，在滿足建筑功能需求的同時，并具有較好的抗震性能。