成都天府國際機場綜合換乘中心北區抗震性能分析

黃 沖，楊孟根，肖秀榮，陳國平，蘇 亮

(1. 中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031；2. 浙江科技學院土木與建筑工程學院，浙江杭州 310023；3. 浙江大學建筑工程學院，浙江杭州 310058)

1 工程概況

成都天府國際機場坐落于簡陽市蘆葭鎮，位于成渝經濟區軸線方向，緊鄰四川天府新區，天府機場主要包括綜合換乘中心(GTC)、T1和T2航站樓等三座主體建筑，圖1為天府機場建筑效果圖。天府國際機場綜合換乘中心(GTC)位于成都天府國際機場T1和T2航站樓之間，分為南區與北區兩個子項(圖2)。綜合換乘中心(GTC)由地鐵、城鐵交通換乘大廳、商業、機動車庫、長途客運站候車廳、出租車站臺、公交站臺及業務配套用房等部分組成，屋頂層混凝土屋面部分主要為種植屋面，均為不上人屋面。

圖1 天府機場建筑效果

圖2 天府機場主要建筑平面示意

本文以北區為分析對象。綜合換乘中心(GTC)北區主體結構為鋼筋混凝土框架結構，地上共一層，局部設3層夾層，屋蓋中部為76.5 m跨拱形鋼網架。標高為自南向北15.100～11.100 m遞減，坡度2 %。平面尺寸約205 m×113 m，建筑面積32 200 m2。主要柱網尺寸有9 m×9 m、14.85 m×18 m和18 m×23.65 m(圖3)。

圖3 9m×9m跨度(單位:mm)

綜合換乘中心北區抗震設防類別為重點設防類(乙類)，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度值0.1g，設計地震分組第二組，場地類別Ⅱ類，場地特征周期Tg=0.4s，按8度采取抗震措施。基本風壓：W0=0.30kN/m2(考慮50 a重現期風壓)，地面粗糙度：B類。

2 結構體系

根據建筑的高度、層數、使用功能、抗震設防類別和設防烈度等因素綜合考慮確定，GTC北區主體均采用全現澆的鋼筋混凝土框架結構體系。抗側力體系由框架梁柱組成，結構中框架梁均拉通、對直，框架柱多數縱橫、上下對齊，梁柱節點剛接，屬于高次超靜定結構，能夠有效地抵抗地震作用，且保證有充分的延性。另外，為了提高GTC北區在小震階段的抗側剛度，同時提高結構在中、大震下的耗能能力，減輕在大震下主體結構的損傷，在其主體結構中設置若干屈曲約束支撐。

根據建筑平面的柱網尺寸、使用要求和荷載分布情況，綜合換乘中心各樓層的次梁布置均采用了雙向井字梁布置的方式，其典型梁板布置形式如圖3所示。荷載傳力途徑為：樓板→次梁→主梁→柱→基礎，傳力過程簡潔清晰，無傳力途徑不清晰的情況。

該工程屬于多層鋼筋混凝土框架結構，參照GB 50011-2010(2016年版)《建筑抗震設計規范》(以下簡稱《抗規》)以及《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，GTC北區存在混合結構(鋼筋混凝土、型鋼混凝土和鋼)；扭轉不規則(扭轉位移比>1.2)；局部不規則(局部夾層、穿層柱)等平面和豎向的不規則項目。

3 結構抗震性能計算分析

為了保證分析結果的可靠性，分別采用SATWE 和MIDAS 兩種軟件進行建模比較分析。圖4為計算模型圖，圖5～圖7為夾層平面圖。

圖4 GTC計算模型(MIDAS GEN)

標高4.0 m處夾層沿GTC北區東西兩側對稱布置，一側的平面尺寸為108 m×11.2 m，距離GTC北區南側42 m，同時沿GTC北區南側中部布置30.3 m×6.0 m的夾層，見圖5。

圖5 4.0m處夾層平面

圖6 5.5m處夾層平面

圖7 8.0m處夾層平面

標高5.0處夾層布置在GTC北區東北角及西北角，沿東西兩側對稱布置，一側的平面尺寸為54.0 m×18.0 m，見圖6。

標高8.0 m處夾層沿GTC北區東、南、西三側對稱布置，東西兩側夾層對稱，一側的平面尺寸為162 m×11.2 m，南側夾層平面尺寸113 m×8.65 m，見圖7。

屋蓋中部為76.5 m跨拱形鋼網架，見圖8。

圖8 屋蓋平面

3.1 多遇地震彈性分析

SATWE和Midas Gen計算結果見表1。兩個軟件計算結果基本一致，表明計算無誤，結果可信。計算總質量相差0.3 %，對兩個軟件的自振周期和振型結果對比，兩者較為接近，振型周期最大相差不超過0.01 s，由此可以認為，二者計算的結構總重量、振動模態和周期基本一致。結構的第一振型為Y向平動，第二振型為X向平動，第三振型為扭轉。計算振型個數為12，兩個軟件X、Y向有效質量系數均大于90 %，周期比小于0.9，均滿足規范要求。

SATWE和Midas Gen算得的各樓層剪重比接近，根據《抗規》5.2.5條規定[1]，7度(0.10g)設防地區，水平地震影響系數最大值為0.08，樓層剪重比不應小于1.6 %，各層的剪重比均大于規范限值。

根據《抗規》，框架結構樓層層間最大位移與層高之比的限值為1/550，地震作用下的位移角滿足要求。

兩個主方向的剛重比均大于10，能夠通過JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》的整體穩定驗算[2]；最小剛重比Di×Hi/Gi不小于20,可以不考慮重力二階效應。

采用5條天然波和2條人工波進行小震彈性時程分析，并與規范反應譜分析結果進行了比較，進一步驗證所選地震波的合理性。

表2和表3分給出了SATWE和MIDAS GEN計算出的時

表1 多遇地震彈性分析結果

表2 時程分析基底剪力(SATWE)

程分析與反應譜分析基底剪力的比較。由表可見，兩個軟件的計算結果相近：每條時程曲線計算所得結構基底剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65 %，不大于振型分解反應譜計算結果的130 %。多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80 %，不大于振型分解反應譜法計算結果的120 %。從而說明時程波的選取是合適的，滿足規范要求。

3.2 設防地震作用分析

設防地震作用下，依據規范取水平地震影響系數最大值0.23，地震加速度時程曲線最大值100 cm/s2。計算結果見表4，將其結果與多遇地震作用下的結果進行比較，設防地震

表3 時程分析基底剪力(MIDAS GEN)

作用下基底總剪力約為多遇地震作用下基底總剪力的2.8倍，最大層間位移角約為多遇地震量值的2.8倍，說明在設防地震下該結構還處于彈性范圍[3]。

表4 設防地震彈性分析結果

此外，同樣選取5條天然波和2條人工波進行設防地震作用下的彈性時程分析，并與規范反應譜分析結果進行了比較，為節省篇幅，在此不一一展開，兩個軟件計算結果相近，且滿足規范要求。

3.3 罕遇地震靜力彈塑性分析

利用SATWE對結構進行靜力彈塑性分析，所得能力譜需求譜曲線見圖9和圖10。

圖9 能力曲線和需求曲線(X方向)

圖10 能力曲線和需求曲線(Y方向)

由圖可知，X方向的性能點對應第25個加載步，相應性能的基底剪力為153 695 kN，性能點對應的最大層間位移角為1/260。Y方向的性能點對應第24個加載步，相應性能的基底剪力為146 667 kN，性能點對應的最大層間位移角為1/250。X、Y向的最大層間位移角均小于1/50，滿足規范要求。MIDAS的計算結果相類似。

計算結果表明，結構在7度多遇地震作用下無屈服情況出現，符合小震不壞的抗震設防要求。7度基本烈度地震作用下，結構基本處于彈性狀態，主要受力構件轉換柱及桁架均處于彈性狀態。罕遇地震作用下，部分構件已經進入屈服，開始形成結構耗能機制，耗散了部分地震輸入能量。塑性鉸有所增加，但大多處于屈服狀態，且大部分鉸分配到梁端，符合“強柱弱梁”的概念設計原則。

4 抗震加強措施

綜合換乘中心北區的整體計算指標均滿足規范各項要求，具有較好的剛度和強度，抗震性能較好，針對結構的不規則性特點和具體情況，提出了以下加強措施，以保證結構的安全性。

(1)柱：對立面收進部位加強柱墻配筋，加強外圍柱配筋。

(2)梁：加強環形框架梁縱筋，增設抗扭縱筋；在跨度不小于18 m的框架梁內設置曲線預應力筋，以提高承載能力和滿足正常使用極限狀態驗算。

(3)樓板：設置若干溫度后澆帶，沿平面每邊邊長方向配筋通長，加強內外角部樓板配筋，對于樓板應力集中且較大的部位加大配筋。

5 結論

本文利用SATWE和MIDAS GEN兩個軟件對綜合換乘中心北區進行了多遇地震、設防地震、罕遇地震作用下的抗震性能分析，計算結果均滿足規范要求。

綜合換乘中心北區結構雖然為混合結構(鋼筋混凝土、型鋼混凝土和鋼)，但經過對其在多遇、設防、罕遇地震作用下的分析，各項指標均符合規范要求，抗震性能良好。

雖然結構存在扭轉不規則，但計算得到的結構周期比小于規范規定的限值0.9，說明結構抗扭轉效應的能力符合要求。

結構局部夾層導致主框架柱形成短柱，在豎向被分割，柱的抗側剛度和分配的地震力顯著大于中庭越層柱，但計算出的剪重比、層間位移角、最大位移比等均符合要求，以上說明綜合換乘中心的抗震性能良好。