某医院医疗综合楼超限高层结构设计

何小燕 张磊 李亚

(中国中元国际工程公司，北京 100089)

1 工程概况

兰州大学第二医院位于甘肃省兰州市，新建2号医疗综合楼总建筑面积124 283m2，地下3层，地上23层(含裙房7层)，建筑高度为89．60 m。建筑主要功能为门诊医技住院楼，裙房部分的大报告厅使得底部二层挑空，三层处设转换构件以支撑上部结构，基本柱网为 7．8 m ×7．8 m，8．2 m × 8．2 m，转换桁架跨度30．50 m(见图1)。

图1 建筑效果图

建筑结构设计使用年限50年，结构安全等级二级。根据《抗震设防分类标准》［1］，工程抗震设防分类为重点设防类;根据《抗震规范》［2］，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0．20g，多遇地震下水平地震影响系数最大值0．16，设计地震分组为第三组，设计使用年限50年，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0．45 s，抗震措施按9度抗震设防设计。

2 结构体系及超限情况

工程采用框架—剪力墙结构，因房屋高度超过设防烈度提高1度后(9度)的房屋适用最大高度，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》［3］采取了更高的抗震措施，结合本工程特点，剪力墙的抗震等级为特一级，框架的抗震等级B1层～F10层为特一级，F11层以上为一级，但其抗震构造措施为特一级。

2层结构平面图见图2。

因为功能复杂，本工程存在多项不规则情况，根据建设部建制［2010］109号文［4］判定，本工程共存在6项不规则项，如表1所示。

针对超限情况，设计中采取了一系列加强措施:剪力墙底部加强区按照中震抗剪弹性控制截面;主楼部分框架柱采用芯柱，裙房部分采用型钢混凝土柱;转换桁架采用箱形钢结构转换结构，其支撑柱采用型钢混凝土柱，均满足大震不屈服的要求;加强转换桁架上下层楼板刚度并提高其配筋率;加强竖向收进处的楼板刚度并提高其配筋率，提高其上下层竖向构件的抗震构造措施。

图2 2层结构平面图

表1 工程超限情况

3 性能目标

针对工程的不规则情况，根据《抗震规范》［2］中的三水准设防目标及结构构件的重要性、使用功能及其对震后修复的要求，结合概念设计中的“强柱弱梁”“强剪弱弯”等基本理念，制定了抗震性能目标，如表2所示。

表2 整体结构及重要构件抗震性能目标

4 结构分析

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》［3］的规定，分别采用中国建筑科学研究院PKPM工程部的SATWE，PUSH＆EPDA和北京迈达斯技术有限公司的MIDAS分别进行了整体分析计算，具体见表3。

4．1 多遇地震作用下反应谱分析

表3 软件应用情况及内容

本工程取地下室顶板作为上部结构嵌固层，计算时考虑了模拟施工加载、扭转耦联，表4列出了SATWE和MIDAS多遇地震作用下的计算结果，数据表明，两个软件计算分析结果较为接近，整体结果确实可信，结构的基本周期、减重比、位移比等指标满足规范要求。

表4 SATWE和M IDAS多遇地震下计算结果比较

4．2 多遇地震动力时程分析

选取 SATWE程序中自带的两条天然波(TH1TG045，TH2TG045)和一条人工波(RH1TG045)进行计算，结果表明(见表5):各个地震波的底部最大剪力及最大弯矩与CQC方法计算值较为接近，且均小于CQC计算值，说明结构设计中采用CQC的计算结果是安全可靠的。

表5 动力时程分析结果

4．3 罕遇地震作用下计算分析

为明确结构在大震下的屈服机制，查找薄弱层，采用PKPM程序的EPDA＆PUSH模块进行了动力弹塑性分析。计算时选用了两组实际地震波和一组人工模拟波，三条波的峰值均达到400 cm/s2;结构主方向在所选的3条地震波作用下，响应不尽相同(见图3，图4)，在人工波RH1TG045作用下地震响应最大，其中顶层最大楼层位移为446．8 mm，最大层间位移角为1/150。从结果看出:罕遇地震作用下结构无薄弱层，最大层间位移满足规范1/100的限值要求。

5 钢结构箱形转换桁架分析

转换桁架位于裙房3层，承担上部4层的荷载，桁架斜杆对功能布局及管线均有影响，通过方案比选，最终确定采用钢结构箱形桁架的方案。分析时将转换桁架于整体模型中建模，验算其在罕遇地震作用下的杆件受力情况，以保证达到大震不屈服的抗震性能目标。

图3 主方向最大楼层平均位移曲线

图4 主方向最大层间位移角曲线

钢桁架示意图见图5。

图5 钢桁架示意图

6 结论及思考

1)医院建筑的主要服务人群为病伤患者等弱势人群，同时又承担着震后救援的重要任务，因此对此类建筑的超限高层抗震设计，应采取更为有效的抗震措施。

2)医院建筑的好与坏，建筑功能起了至关重要的作用，与此同时，结构设计应在此基础上尽可能减少结构不规则项，以提高整个结构的抗震性能，对关键部位的关键构件应提高其抗震性能目标，以保证结构安全。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震设防分类标准［S］．

［2］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．

［3］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．

［4］建设部建制［2010］109号，超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点［Z］．