涪陵商业步行街高位转换结构设计

李建文 吴卫华 田智友

(中煤科工集团重庆设计研究院，重庆 400016)

1 工程概况

本工程位于重庆市涪陵区高笋塘，主要功能为商业及住宅，立面效果图如图1所示。该建筑占地面积约为14 100 m2，两栋标塔楼标准层平面相同，塔楼总建筑面积为74 526 m2，地下2层，地上塔楼28层，裙房9层，转换层设在第9层，塔楼主体结构高度为104.8 m。主体结构平面为L形，如图2所示。

图1 建筑效果图

图2 标准层平面图

工程所在地抗震设防烈度6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g。建筑抗震设防类别为丙类建筑，其中商业部分为乙类建筑。该场地为I0类场地，场地特征周期为0.2 s。底部加强区抗震等级［1，2］一级，以上抗震等级为三级;基本风压标准值:取 0.4 kN/m2。

2 结构体系与布置

该结构塔楼采用钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系，嵌固层(地下室)以下连为一体，嵌固层以上设缝分开，结构平面尺寸为39.4 m×39.6 m，标准层层高为2.9 m。转换层结构布置如图3所示。为了协调转换层X，Y方向的侧向刚度，在建筑四周布置了多片剪力墙。剪力墙厚度500 mm，框支柱截面尺寸为1 400 mm×1 400 mm～900 mm×1 900 mm，裙房框架柱截面尺寸为1 000 mm×1 000 mm～800 mm×800 mm，框支梁截面尺寸为600 mm×600 mm，混凝土强度等级为C60。

3 结构设计与计算

本工程属于平面和竖向都不规则的超限高层，根据现行《高规》5.1.13条关于计算的有关规定，为了彻底掌握结构在地震作用下的振动特性，对结构进行了反应谱分析、中震弹性分析、弹性时程分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析及应力分析，并根据结果采取相应的加强措施，以下介绍其关键的计算结果。

图3 转换层结构平面图

3.1 结构弹性分析

采用PMCAD-SATWE和MIDAS BUILDING两种通用有限元软件对塔楼进行分析，剪力墙采用墙元模型，梁、柱采用杆单元，楼板采用刚性假定。分析结果如下所示:

结构整体稳定性:结构的侧向刚度和重力荷载之比即为刚重比，是反映结构整体稳定性的关键参数，分析表明:X向刚重比2.58，Y 向刚重比1.95。刚重比均大于 1.4，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算。

周期比:高规的3.4.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比，为结构的周期比。A级高度高层建筑不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。本工程周期比为0.81，小于规范0.85的限制要求。

位移角:位移角为楼层层间位移与层高之比，其目的是限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移。本工程位移角为:1/2 127(X向地震)，1/1 848(Y向地震)，1/3 353(X 向风)，1/2 597(Y向风)。

转换层下部结构与上部的等效刚度比:2.86(X)，2.95(Y)均满足高规附录E的要求。

另外，其轴压比、刚度比等均满足规范要求。以下仅列出其部分对比计算结果。

表1为塔楼前6振型的周期。

表1 塔楼前6振型周期 s

3.2 转换层楼板应力分析

本工程考虑偶然偏心扭转位移比为1.38＞1.2，属于扭转不规则。通过MIDAS BUILDING软件按照中震CQC法对结构进行分析，考察楼板在中震下的反应来近似模拟按小震设计的结构在中震作用下的楼板应力分布状况。中震地震影响系数最大值αmax=0.12。连梁刚度折减系数取为0.5，同时不考虑风荷载的作用。通过调整以上分析参数，验算转换层楼层平面在中震作用下的应力云图，见图4。

根据以上计算结果，转换层局部最大楼板应力为1.74 MPa，小于楼板C60混凝土的抗拉强度设计值2.04 MPa，转换层在中震作用下处于弹性阶段。

图4 X向地震作用下转换层楼板应力分析结果

3.3 动力弹塑性分析

本工程属于复杂高层，为了更清楚的掌握其在大震下的动力性能及可能存在的薄弱层，计算了结构在天然波1(USA，IMPERIAL VALLEY，Tg=0.2 s)、天然波 2(1 971，SAN FERNANDO，Tg=0.2 s)和一组人工波作用的结构反应。地震加速度时程曲线的最大值取125 cm/s2。

分析结果见表2。

表2 大震下位移角

从表2中可以看出，结构满足1/100的抗倒塌位移角的要求，另从位移变化曲线看出，结构竖向位移曲线在转换层上下有突变，因此将重点加强此区域的构造。

4 结语

高位转换建筑在低烈度区通过适当的加强措施、在投资增加不是太多的情况下即可实现。根据计算结果，对结构采取了以下加强措施:

1)加强落地剪力墙和框支层以上两层剪力墙，剪力分布筋配筋率0.5%以上，墙暗柱配筋率1.3%～1.5%左右，根据弹塑性分析结果，加薄弱部位剪力暗柱配筋率至1.9%左右。

2)轴压比控制:对钢筋混凝土框架柱按一级抗震控制在0.55(采用井字复合箍增加0.10)，短柱除外;对剪力墙在底部加强部位按一级控制在0.55。

3)框支柱、框支梁、底部剪力墙按中震弹性进行设计配筋。

［1］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.