佛山南海环岛车辆段上盖物业开发结构设计

刘 欣

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 400063)

佛山南海环岛车辆段上盖物业开发结构设计

刘 欣

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 400063)

佛山南海环岛车辆段上盖物业开发是复杂超限高层结构。为保证结构的抗震性能，采用基于抗震性能的设计方法来进行结构设计，同时结合工程结构体系特点和超限情况，提出了结构加强措施和关键部位结构构件的抗震性能目标，分析结果表明，结构体系安全可行，可为类似工程设计提供参考。

地铁车辆段；性能设计；超限设计

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1 工程概况

佛山南海环岛车辆段是为佛山市南海区有轨电车提供检修和保养服务的综合维修基地。地上一层是检修库、运用库等生产用房，层高8.4m，地上二层是住宅的车库，层高5.2m，地面三层为住宅的首层(即上盖平台)，上盖之上共建有26栋12层的高层住宅。总高度49.6m。上盖平面尺寸为360m×320m，分为了19个独立的结构单元。每个结构单元上均有1～2栋住宅。

本工程基础采用钻孔灌注桩基础，桩径为0.8m和1.0m，有效桩长45m左右，持力层为强风化和中风化泥质砂岩，单桩抗压承载力特征值为5000kN。

2 结构体系

本工程采用混凝土框架结构，柱距在5.0～9.0m之间，跨度在6.8m～12.6m之间；转换层设在上盖物业的首层，采用梁式转换。主要构件尺寸及混凝土强度等级见(表1)。

表1 主要构件尺寸及混凝土强度等级

本工程各个分区的结构布置和结构设计方法和思路基本一致，由于篇幅有限，本文重点对B1分区(图1)检修库的结构设计方法进行介绍。

图1 B1分区结构三维模型图

3 工程特点结构超限情况

B1区为车辆段的运用库，是车辆的停车检修的作业区域，由于车辆限界的要求，工艺对库区结构竖向构件的布置及截面尺寸要求很严格。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]、《建筑抗震设计规范》[2]、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[3]、《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》[4]的有关规定为多项不规则的复杂超限工程。B1区的主要超限情况如(表2)。

表2 超限情况表

根据(表2)可知：本工程存在多项不规则，由于住宅的大部分柱子不能落地，车辆段首层层高较高，首层相对较为薄弱，为了保证结构整体的抗震性能，我们采用了基于性能目标的抗震设计方法。

4 结构设计参数

4.1 建筑分类等级

本工程主要建筑分类等级如(表3)所示：

表3 建筑分类等级

4.2 风荷载

由于荷载规范中佛山市无具体基本风压，参照广州市基本风压0.50kN/m2, 基本风压重现期为50年，高度变化系数根据B类地面粗糙度采用，体型系数：1.3。

4.3 地震作用

本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，抗震设防分类为丙类，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，阻尼比取为0.05。

5 结构设计与分析

5.1 结构抗震性能目标

根据本工程的特点，并参考相关规范，采用基于性能目标的抗震设计方法，制定本工程构件的抗震性能目标，具体详见(表4)。

表4 结构抗震性能目标

5.2 结构分析

5.2.1 多遇地震及风荷载结果分析

本工程的嵌固端为基础顶面，多遇地震及风荷载两种工况计算同时采用SATWE和ETABS两种软件进行。B1区为大底盘+两塔的结构，由于数据较多，仅列出塔一的整体计算模型的结果。

从(表5)中可以看出：SATWE和ETABS的计算结果相近，这说明计算结果合理，有效，计算模型符合结构的实际工作状况；位移，位移比等均满足规范限值的要求，构件截面取值合理，结构体系选择适当。

表5 整体计算结果

5.2.2 设防烈度地震(中震)及罕遇地震下静力弹塑性分析

针对B1区模型进行了X方向和Y方向非线性推覆分析，推覆使用的荷载模式为模态加载的方式，根据结构自身特点，选取有代表性的单塔作为推覆的主体，在该塔顶层设置监测点进行推覆分析，通过提取基地剪力和顶点位移的关系，进而转化为谱加速度和谱位移的关系得到对应的能力谱曲线，最后将罕遇地震作用和设防烈度地震作用所对应的需求谱族，通过叠加后最终确定性能点，并对性能点出结构的各个指标进行输出进行最终的性能评估。

(1)基底剪力推覆结果

通过对B1区结构进行Pushover分析后分别得到X方向和Y方向的基地剪力和顶点位移的关系曲线见(图2)和(图3)所示，其中X方向推覆工况监测点最大推覆位移为416mm，Y方向推覆工况监测点最大推覆位移为551mm。

水平方向：顶点位移/mm；竖直方向：基底剪力/kN

水平方向：顶点位移/mm；竖直方向：基底剪力/kN

(2)设防烈度地震结果(中震)

图4 设防烈度地震下X方向推覆工况对应的性能点

图5 设防烈度地震下Y方向推覆工况对应的性能点

水平方向：层间位移角/无量纲；竖直方向：楼层编号/无量纲

水平方向：层间位移角/无量纲；竖直方向：楼层编号/无量纲

水平方向：层剪力/kN；竖直方向：楼层编号/无量纲

水平方向：层剪力/kN；竖直方向：楼层编号/无量纲

图10 设防烈度地震作用X方向塑性铰分布图

图11 设防烈度地震作用Y方向塑性铰分布图

通过(图4)～(图11)可以得到以下结论：

①设防烈度地震作用下两个方向的性能点均位于直线段和曲线段的交叉位置，说明结构基本维持弹性，少量构件进入塑性，塑性构件仍有足够刚度，承载力没有明显变化。

②两个方向的层间位移角最大值均大于弹性层间位移角限制，远小于塑性层间位移角限值，表明结构有足够刚度。

③层剪力表明层刚度没有明显变化。

④结构在两个方向的地震作用下，塑性铰主要分布在塔的底部3层范围内，塑性构件均为梁，柱子未进入塑性，发生塑性构件数量较少，塑性构件塑性没有明显的发展，满足性能设计要求。

(3)罕遇地震结果

图12 罕遇地震下X方向推覆工况对应的性能点

图13 罕遇地震下Y方向推覆工况对应的性能点

水平方向：层间位移角/无量纲；竖直方向：楼层编号/无量纲

水平方向：层间位移角/无量纲；竖直方向：楼层编号/无量纲

水平方向：层剪力/kN；竖直方向：楼层编号/无量纲

水平方向：层剪力/kN；竖直方向：楼层编号/无量纲

图18 罕遇地震作用X方向塑性铰分布图

图19 罕遇地震作用Y方向塑性铰分布图

从(图12)～(图19)可以得到以下结论：

①罕遇地震作用下两个方向的性能点位于曲线位置，表明结构较多构件进入塑性，层刚度因构件塑性有一定的折减，塑性构件仍有足够的刚度，变形能力储备充足，在性能点后结构仍有较大的变形能力。

②两个方向的层间位移角最大值小于塑性层间位移角限值1/50，表明结构有足够刚度，除底部大地盘外，结构层间位移角分布连续无明显突变。

③结构层间位移角分布连续无明显突变。层剪力表明层刚度没有明显变化。

④结构在两个方向的地震作用下，塑性铰较多遇地震工况下增多，塑性构件均为梁，塔底部柱子少量进入塑性，塑性构件塑性没有明显的发展，满足性能设计要求。

6 结构加强措施

(1)框架柱是本结构的主要抗侧力及竖向承载构件，设计中通过适当提高框架柱的竖向钢筋配筋率及箍筋的体积配箍率和提高混凝土强度等级等措施，将首层柱的轴压比控制在0.60以下，提高了框架柱的延性。同时，针对住宅大部分柱子不能落地，转换率偏高的情况，为了提高转换层的抗震性能，将转换层上下一层的抗震等级提高至一级。

(2)本工程转换梁、框支柱等重要构件在中震不屈服配筋的基础上，框支柱竖向钢筋配筋率提高至2.0%，，转换梁配筋率提高至1.5%，以提高大震下的抗震承载力。

(3)针对抗侧刚度不规则和楼层抗剪承载力突变，设计中将软弱层和薄弱层的地震剪力乘以1.25的放大系数；并将首层框架柱的竖向钢筋配筋率提高至1.5%。

(5)对于扭转不规则，在设计中采用加大周边梁、柱构件的尺寸，将整体结构的扭转位移比控制在1.4以下。

7 结论

本工程存在多项超限情况，在设计中采用概念设计和抗震性能化设计方法，根据抗震原则及建筑特点，对整体结构的体系和布置进行了详细优化，使之具有良好的结构抗震性能。设计采用多种计算程序进行了弹性和弹塑性计算，各项指标均满足规范的相关要求。同时对转换梁、转换柱等关键构件采取了更为严格的抗震性能要求，保证结构的整体抗震延性。

综上所述，本结构除能满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外，满足抗震性能目标的要求。

本工程已于2014年10月通过广东省超限高层抗震专项审查，目前已开始施工。

[1]JGJ-3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB50010-2010,建筑抗震设计规范[S].

[3]建质[2010]109号.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点.

[4]粤建市函[2011]580号.广东审超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则.

Structure design of Foshan Nanhai Metro Huandao depot superstructure

LIUXin

(China Railway SiYuan Survey And Design CO.LTD, Wuhan, 400063)

Foshan Nanhai Metro Huandao depot is an out of codes high-rise structure. In order to ensure the seismic performance of the structure, performance-based design was used, At the same time combining with the characteristics of engineering structural system and out-of-codes situation, puts forward the structure strengthening measures and key parts structure component seismic performance goals. The results show that the structure of the system is safe and feasible, can provide a reference for similar engineering design.

Metro depot; Performance-based design; Out-of-codes design

刘欣(1979- )，男，工程师。

2015-03-11

TU3

A

1004-6135(2015)04-0053-06