西安市東等幸福新城9號商住樓結構設計

李 勃 鄭 粵

(西安建筑科技大學建筑設計研究院，陜西 西安 710055)

1 工程概況

西安市東等駕坡幸福新城位于陜西省西安市雁塔區長鳴路東側，東月路北側。本工程由6棟28層～32層高層商住樓、4棟33層高層純住宅和1棟3層高商業組成。東等駕坡幸福新城9號樓立面效果圖詳見圖1。住宅下滿布單層地下車。本項目9號為商住樓，主樓為地上28層，地下2層，大屋面高度為92.800 m，其中一個方向采用大部分由跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻形成的結構體系；裙房為地上4層，地下1層，大屋面高度為20.400 m，采用框架結構，其平面尺寸為32 m×63 m；本工程主樓與裙樓在地上通過抗震縫分開。9號樓設計參數詳見表1。

表1 9號樓設計參數

2 地基基礎

工程場地開闊，地形整體呈西南高，東北低。場地內埋藏的土層從上到下為①填土，②黃土，③古土壤，④黃土，⑤粉質粘土，⑥中砂，⑦古土壤，⑧黃土，⑨粉質粘土，⑩圓礫，粉質粘土和圓礫，該層未被鉆穿。其中②黃土，③古土壤和④黃土有濕陷性，為Ⅲ級自重濕陷性黃土場地。本工程采用素土擠密樁消除濕陷性，主樓采用15 m長的素土擠密樁消除基底以下土層全部濕陷性，裙房采用8 m長的素土擠密樁消除基底以下土層部分濕陷性，剩余濕陷量滿足《濕陷性黃土地區建筑規范》的要求。

本工程地下室埋深7.1 m，主樓采用CFG復合地基，樁長為25 m，要求復合地基承載力特征值fspk≥600 kPa，主樓基礎采用筏板基礎，筏板厚度為1 600 mm；裙房部分要求擠密樁地基承載力特征值不小于200 kPa，采用柱下條形基礎。混凝土設計強度等級為C40。

3 主樓結構設計

9號主體結構采用鋼筋混凝土剪力墻結構，框架抗震等級為一級，平面布置圖詳見圖2。墻厚度主要為400 mm(350 mm)～250 mm(200 mm)，混凝土強度等級C60～C35。主要連梁截面高度500 mm～900 mm，寬同墻厚，受力較大的連梁內設交叉斜筋。樓蓋體系為現澆鋼筋混凝土梁板結構，混凝土強度等級C35，框架梁主要高度為600 mm～680 mm。

根據上述結構布置圖，其Y向大部分采用由跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻形成的結構體系。根據《高規》[1]7.1.1條條文說明中大部分由跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻形成的結構體系,其受力和變形特性接近框架結構或框剪結構，當采用較多層時抗震是不利的，宜避免。因此，本工程采用中國建筑科學研究院PKPM系列SATWEV2.2,YJK1.6.3及YJK-EP進行計算分析。主要進行了多遇地震反應譜分析、彈性時程分析和罕遇地震下靜力彈塑性分析。

3.1 多遇地震反應譜分析

本工程采用中國建筑科學研究院PKPM系列SATWEV2.2,YJK1.6.3進行多遇地震反應譜的分析，整體指標結果見表2。SATWE和YJK的主要計算結果基本一致，計算結果表明：

1)結構樓層質量分布均勻。

2)地震作用下結構的層間位移角滿足規范要求，結構的整體抗側剛度合理。

3)結構剛重比大于規范規定的限值要求，不需考慮重力二階效應的不利影響。

表2 整體指標匯總表

4)根據抗傾覆驗算結果，結構可滿足風荷載、整體穩定性。

高低階振動頻率比與結構的變形特征分類如下：彎曲變形的高階頻率比：1∶3.5～4∶7～9；剪切變形的高階頻率比：1∶2～3∶3～5；彎剪變形的高階頻率比：1∶3～3.5∶5～7；X向高階頻率比：1∶3.5∶7.2(2.97∶10.43∶21.35)；Y向高階頻率比：1∶3.2∶6.1(2.81∶9.05∶21.35)；其樓層變形曲線詳見圖3。通過對其周期、振型和變形分析：剪力墻結構的各方向受力變形不一致，其Y向樓層位移變形曲線其彎曲變形特征不明顯，而略接近彎剪型變形。

3.2 彈性時程分析

根據《抗規》[2]5.1.2條選擇地震波要求，通過YJK1.6.3.2選用2組人工、5組天然共7組地震波進行彈性時程分析,分析結果詳見表3。計算結果表明：各條地震波計算所得結構底部剪力與振型分解反應譜法計算結果的偏差均不大于35%，且多條地震波計算結果平均值不大于振型分解反應譜法計算結果偏差的20%，故可認為所選擇的地震波均滿足設計和規范的要求。頂部部分樓層多遇地震時程的計算結果比反應譜結果略大，起控制作用，強度設計中通過頂部樓層地震作用放大系數來實現包絡設計。

表3 基底剪力計算結果

3.3 補充措施

經過上述分析，對結構采取的加強措施如下：1)在9-1,9-2,9-5和9-6軸處剪力墻設置暗梁，使其兩邊的框架梁貫通一體，暗梁詳見圖4；2)將在9-1,9-2,9-5和9-6軸處剪力墻設置一個整的約束邊緣構件，并且縱筋配筋率由規范的0.8%提高到0.97%(0.91%)，Y向外箍筋也相應提高到C10@100，其配筋圖詳見圖5。

3.4 罕遇地震靜力彈塑性分析

本工程采用YJK系列軟件中的YJK-EP對結構進行靜力彈塑性分析。推覆荷載類型為規定水平力，水平地震影響系數最大值amax=0.9，特征周期tg=0.40 s，彈性狀態阻尼比為0.05。靜力推覆分析結果表明X,Y向性能處對應的層間位移角分別為1/301，1/187，滿足高規中彈塑性層間位移角小于限制1/120的要求。

根據靜力彈塑性分析結果表明，由于X向采用了多道跨度較小的連梁，其塑性耗能主要集中在連梁上，而框架梁的塑性變形相對比較少，剪力墻的損傷相對較少，從而保護主體結構；Y向由于采用了跨高比較大的框架梁聯系，其塑性耗能主要集中在連梁和框架梁上，相對剛度損失更大，這點從最大層間位移角結果可以看出，剪力墻的損傷相對比X向要大。從整體綜合來看，X向和Y向均可滿足規范要求，且可以實現預期多道防線作用，同時上述對Y向采用的抗震措施對其抗震性能是非常有利的。

4 結語

本工程Y方向采用了跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻結構，通過對其從抗震概念和抗震計算分析，特別是進行靜力彈塑性分析，表明Y向變形和損傷均比X向大；因此對Y向需要采取合理的計算和構造措施，才可以保證結構在罕遇地震下的抗震目標，并有一定的安全儲備。