上海某超限復(fù)雜高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王世玉

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

1 工程概況

某項(xiàng)目高層辦公樓位于上海地區(qū)，地上建筑面積44 693.2 m2，地下建筑面積20 520 m2，建筑效果圖如圖1所示。結(jié)構(gòu)地上21層，屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高為92.55 m，地上1～2層層高為4.5 m，3～21層層高為4.4 m。地下2層，埋深11.3 m。辦公樓1層主要功能為辦公大堂、辦公配套，2～3層為社區(qū)級(jí)文化體育設(shè)施，4層及以上為辦公區(qū)區(qū)域，建筑剖面圖如圖2所示。

圖2 建筑剖面簡(jiǎn)圖

核心筒內(nèi)含北橫通道風(fēng)井，此風(fēng)井從地下2層通至屋頂。地下1層設(shè)置非機(jī)動(dòng)車停車夾層，含辦公配套、物業(yè)管理、機(jī)動(dòng)車庫(kù)及設(shè)備用房，地下2層設(shè)置人防區(qū)域。

本項(xiàng)目抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10 g，場(chǎng)地特征周期0.90 s?；撅L(fēng)壓為0.55 kN/m2，地面粗糙度類別為C類。

2 結(jié)構(gòu)體系

辦公樓抗側(cè)力體系采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)，外框樓面采用鋼梁+鋼筋桁架樓承板樓蓋，核心筒內(nèi)采用混凝土梁+現(xiàn)澆混凝土樓板樓蓋。結(jié)構(gòu)外框柱與核心筒剪力墻截面尺寸見(jiàn)表1～2。

塔樓西側(cè)為實(shí)現(xiàn)建筑首層辦公大堂開(kāi)闊空間，塔樓西側(cè)柱不連續(xù)，3～4層設(shè)置單側(cè)轉(zhuǎn)換桁架對(duì)不連續(xù)柱進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，主樓北側(cè)裙房邊柱對(duì)應(yīng)位置地下室2層為車道，邊柱無(wú)法落地，設(shè)置轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地下室2層通風(fēng)口處，為保證北橫通道通風(fēng)口有效面積要求，風(fēng)井南側(cè)核心筒剪力墻無(wú)法落地，設(shè)置深梁轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)第5節(jié)。

表1 外框柱截面

表2 核心筒剪力墻截面

3 超限判別

根據(jù)《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》(滬建管〔2014〕954號(hào))，本項(xiàng)目主要超限情況如下。

1)Y向考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.32大于1.2，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

2)2層西側(cè)樓板缺失，有效寬度小于典型寬度的50%，開(kāi)洞面積為本層面積35%，大于30%，屬于樓板局部不連續(xù)。

3)塔樓東側(cè)4層、6層最大懸挑跨度7.05 m，大于4.0 m，屬于側(cè)向剛度不規(guī)則。

4)塔樓西側(cè)柱不連續(xù)，通過(guò)桁架進(jìn)行轉(zhuǎn)換；地下室2層通風(fēng)口處剪力墻缺失，屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。

針對(duì)以上超限情況，主要采取以下措施保障結(jié)構(gòu)安全性：①提高轉(zhuǎn)換桁架及與其相連的框架梁的抗震性能目標(biāo)，驗(yàn)算轉(zhuǎn)換桁架及與其相連框架梁承載力時(shí)考慮豎向地震作用；②針對(duì)樓板局部缺失樓層，適當(dāng)加厚樓板厚度，采用雙層雙向配筋，并適當(dāng)提高樓板配筋率；③適當(dāng)加強(qiáng)躍層柱兩端約束作用，確保躍層柱的穩(wěn)定性，可通過(guò)增加柱頂鋼梁截面剛度，增加樓板厚度。

4 整體分析結(jié)果

采用ETABS和YJK兩種軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析計(jì)算對(duì)比，考慮偶然偏心及雙向地震作用。

結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)滿足現(xiàn)行規(guī)范各項(xiàng)指標(biāo)控制要求。

4.1 周期與振型

計(jì)算取60階振型，表3中僅列出前6階振型作為對(duì)比，可以看出兩種軟件計(jì)算結(jié)果相近，且扭轉(zhuǎn)周期比均小于規(guī)范限值0.9。

表3 自振周期

4.2 水平荷載

圖3對(duì)比了多遇地震及風(fēng)荷載作用下的樓層剪力及傾覆力矩。沿X軸、Y軸方向，樓層剪力和層傾覆力矩均為地震作用控制。

a)樓層剪力比較

b)樓層傾覆力矩比較

4.3 層間位移角

圖4對(duì)比了多遇地震及風(fēng)荷載作用下的樓層層間位移角?？梢?jiàn)，塔樓層間位移角由多遇地震控制，最大層間位移角X向?yàn)?/884，Y向?yàn)?/840，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3—2010)》[1]3.7.3條中層間位移角不大于1/800的要求。首層層間位移角X向?yàn)?/2 483，Y向?yàn)?/2 815，滿足上海市工程建設(shè)規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程(DGJ08-9—2013)》[2]中嵌固端為地下室頂板時(shí)首層層間位移角不大于1/2 000的要求。

圖4 塔樓層間位移角分布

5 結(jié)構(gòu)專項(xiàng)設(shè)計(jì)

5.1 地上大堂轉(zhuǎn)換桁架專項(xiàng)設(shè)計(jì)

塔樓西側(cè)為實(shí)現(xiàn)建筑首層辦公大堂開(kāi)闊空間，塔樓西側(cè)柱不連續(xù)，3～4層設(shè)置轉(zhuǎn)換桁架對(duì)不連續(xù)柱進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為與建筑功能協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)換桁架只布置在轉(zhuǎn)換柱一側(cè)，轉(zhuǎn)換桁架如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)換桁架示意圖

轉(zhuǎn)換柱與轉(zhuǎn)換桁架支撐的性能目標(biāo)均為中震彈性、大震不屈服。構(gòu)件編號(hào)如圖5所示。對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，分析中考慮雙向及豎向地震作用。驗(yàn)算結(jié)果如表4所示，轉(zhuǎn)換柱最大應(yīng)力比為0.60，支撐最大應(yīng)力比為0.82，滿足性能目標(biāo)要求。

表4 轉(zhuǎn)換柱和支撐承載力驗(yàn)算

注：鋼材等級(jí)為Q345GJC，混凝土等級(jí)為C60。

5.2 地下室北側(cè)轉(zhuǎn)換梁專項(xiàng)設(shè)計(jì)

主樓北側(cè)裙房邊柱對(duì)應(yīng)位置地下室2層為車道，邊柱無(wú)法落地，在地下室1層樓面設(shè)置轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換構(gòu)件抗震等級(jí)提高為一級(jí)，以一榀框架轉(zhuǎn)換梁為例進(jìn)行說(shuō)明，轉(zhuǎn)換部位示意如圖6所示。

圖6 地下室北側(cè)轉(zhuǎn)換部位示意圖

相應(yīng)構(gòu)件截面尺寸如表5所示，通過(guò)驗(yàn)算轉(zhuǎn)換梁柱滿足承載力要求。

表5 轉(zhuǎn)換梁柱截面尺寸

5.3 地下室2層通風(fēng)口轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)專項(xiàng)設(shè)計(jì)

北橫通道風(fēng)井從地下2層進(jìn)入核心筒，通至屋頂。為保證北橫通道通風(fēng)口有效面積要求，風(fēng)井南側(cè)核心筒剪力墻在地下2層無(wú)法落地，如圖7所示。為合理傳遞豎向荷載，利用地下室一層墻體進(jìn)行深梁轉(zhuǎn)換。

圖7 地下2層通風(fēng)口處示意

具體做法：在風(fēng)口兩側(cè)設(shè)置SRC端柱，并延伸至地下室頂板標(biāo)高，對(duì)應(yīng)部位地下室1層墻體內(nèi)設(shè)置鋼骨桁架，形成深梁轉(zhuǎn)換，盡可能將豎向荷載傳遞到端柱上，如圖8所示。通風(fēng)口處相應(yīng)構(gòu)件截面尺寸見(jiàn)表6。

圖8 地下2層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意

表6 通風(fēng)口處構(gòu)件截面尺寸

對(duì)轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)換梁承載力滿足要求。對(duì)轉(zhuǎn)換部位的墻、柱的軸壓比進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果表明，各構(gòu)件軸壓比滿足規(guī)范要求，見(jiàn)表7。

表7 剪力墻與柱軸壓比驗(yàn)算結(jié)果

由于風(fēng)口處剪力墻不落地，水平剪力墻抗剪面積減小，為補(bǔ)償風(fēng)口處的墻體削弱，適當(dāng)增加通風(fēng)口一側(cè)剪力墻(W1～W4)厚度，墻厚增加至700 mm，如圖9所示。

圖9 地下室2層剪力墻加厚示意

6 結(jié) 論

1)在多遇地震和風(fēng)荷載下，使用YJK和ETABS兩種軟件對(duì)塔樓進(jìn)行彈性整體分析，兩者計(jì)算結(jié)果相近，各整體指標(biāo)符合現(xiàn)有規(guī)范要求。

2)針對(duì)復(fù)雜高層的超限項(xiàng)，進(jìn)行了地上轉(zhuǎn)換桁架、地下室北側(cè)轉(zhuǎn)換梁、地下室2層通風(fēng)口轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的專項(xiàng)分析，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的承載力均滿足要求。

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