转换层双塔高层住宅结构抗震设计探讨

■谢智勇 ■福建西海岸建筑设计院，福建 福州 350000

1 工程概况

该高层酒店，占地约26323平方米，是由裙房和一栋塔楼组成的五星级酒店，地下1层，局部2层(塔楼范围)，地上39层。功能包括酒店、服务式公寓、餐饮及地下车库、设备房等，工程总建筑面积94593m2。工程主楼采用框架-核心筒结构体系，裙楼采用框架结构体系，塔楼地下室至21层设置钢骨柱。根据工程场地的地震安全性评价报告，场地地震基本烈度为VII度，根据《建筑工程抗震设防分类标准》工程属丙类建筑，根据《建筑抗震设计规范》丙类建筑按本地区抗震设防烈度计算地震作用和采取抗震措施，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，工程框架及剪力墙抗震等级均为一级，剪力墙底部加强部位为地下二层～四层。

2 基础设计

下表为工程长度的地质条件，根据不同工程位置柱脚内力大小不同以及岩石面分布，利用人工挖空灌注桩的方式进行施工，在塔楼范围内，桩端持力层主要以微风化岩为主，微风化岩的厚度为0．5米;在裙楼范围桩持力层主要以中风化岩为主，桩端深入到风化岩的深度为0．5米;在纯地下室桩端持力层主要以强风化岩为主，桩端深入到强风化岩中的深入为两倍桩径。

表1 地质参数

3 结构设计

3．1 标准层平面

该工程地面建筑以上一共有39层，其中裙楼屋面高度为16．5米，共3层;塔楼高度一共148．15米，供34层，出屋小塔楼高度为7．4米。建筑结构宽度比为4．26(146．9/34．5)。工程主楼采用框架-核心筒结构体系，裙楼采用框架结构体系。左下图为塔楼标准层平面。

3．2 结构平面设计

从建筑标准层平面图中可以看出，该工程结构上比较对称但是在尺度上Y结构相对X结构要小，加上建筑具体的要求，核心筒Y向的宽度仅有10．0米，比筒体总高度的十二分之一要小。除了剪力墙结构外，纯框架计算过程中，通过计算发现工程结构向Y向抗倾覆能力比较弱，在把底部核心筒外墙增至700厚且外框柱截面增至1200x2000的条件下，结构的Y向刚重比才达到1．6勉强满足规范的抗倾覆要求，且与其X向刚重比相差较大。所以，结合建筑平面结构布置以及使用功能，在建筑外框四个角增设剪力墙，剪力墙长度为6．2米，工程结构向Y的倾覆能力逐渐提升，同时也不会对建筑使用要求以及建筑外观造成影响，使得建筑结构Y向的刚重比上升到3．0，与X向的刚重比(3．4)较为接近，这样的平布布置具有合理性。

Y向核心筒距离外框柱距离超过10米，在设计过程中，在从地下室到第二十一层，由南向北进行钢骨设置，保证控制住与结构延性轴压比控制在最大轴压比范围下。右上图为钢骨柱大样。

3．3 结构计算

在进行结构分析过程中，利用 PKPM-SATWE(2005．08版)、ETABS(9．05版)三维空间分析软件，对结构整体位移、内力进行计算，这两个三维空间分析软件具有不同的力学模型两个不同力学模型。由于在工程的低三十九层以及第七层中具有设备层，因此在采用ETABS计算模型过程中，同时对设备层弹性变形进行了充分的考虑。另外，由于室外地面较首层高度较低1．5米，不能当做工程的嵌固层，将下一层结构定位嵌固层。

(1)下面为整体分析的主要计算结果。

表2 SATWE主要计算结果

表3 ETABS 主要计算结果

方 向 X向 Y向风荷载下总风力Qo(kN)9503．18 12804．34基底总弯矩Mo(kN·m)8．8172E5 1．327E6最大层间角位移△u/h 1/3351 1/1340最大层间角位移所在楼层18 27

通过两个程序进行计算，计算的结果比较接近，在原则上没有发生矛盾与冲突，在结构刚度计算中两者的结果稍有差别。通过ETABS、ATWE计算结果分析可知，在地震作用下建筑结构满足抗震设计规格要求;在百年一遇风力荷载情况下，在地面粗糙情况较为严重的条件下，保证结构层之间最大位移角度与设计规范相符;根据SATEWE和ETABS的计算结果，表明裙楼结构中存在不规则扭转，但扭转在1．40以下，属于调价允许范围内。SATEWE和ETABS计算结果Tt/T1的比值均小于 0．85。

(2)选用三组加速度时程曲线，对弹性动力时程在地震作用下进行分析，将时程分析得出的层间位移角度、楼层剪力、楼层弯矩、顶点位移等统计结果，在考虑扭转偶联作用下，采用振型分解分析法，得出结论:结构Y、X向变形曲线特征具有一致性。

(3)利用PMSAP，通过有限元分析方法，对裙楼、标准层进行分析，计算显示在地震作用力下(水平)，标准层楼板的应力比混凝土设计抗压强度、抗拉强度要小;在X向上，地震作用力下裙楼局部位置抗拉强度应该对混凝土抗拉设计强度;由于塔楼四角以及核心筒楼板具有较大的应力，在进行设计过程中需要加厚楼板，增加配筋率，以双层钢筋网为宜。

(4)由于该工程中，塔楼第三十九层以及七层中，都有机电设备层，并且机电设备层楼板相对较少，利用SATWE，对不带设备层结构进行模型计算，同时与带机电设备层的计算模型进行对比，发现结果中位移比、刚重比、周期、地震力等都较为相似，如果仅忽视设备层，那么上一层层高计算就会过大，进而影响建筑楼层的位移、剪力以及抗剪能力，同时，不带设备层柱、墙配筋率相对较多，在进行设计过程中，需要结合带设备或不带设备层两种计算中进行包络设计。

4 结束语

工程为B级高度的单塔高层建筑，有2项体形的规则性指标超限。主要是裙楼平面扭转不规则和局部楼板不连续。设计中通过结构布置的调整，工程在多遇地震作用下的结构层间位移角(＜1/800)、结构的扭转规则性(≤1．4)、竖向构件的轴压比(普通框架柱最大轴压比0．69;钢骨柱最大轴压比0．69;墙肢最大轴压比0．50)均能满足规范要求。

设计中还采用不同的整体分析软件进行计算分析比较，并且在设计中综合考虑了对结构构件抗震等级、内力调整、剪压比、结构材料等方面的加强措施，来保证结构达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，同时也期望能最大限度地满足建筑功能的要求。

［1］王程．连接体对双塔高层建筑结构抗震性能的影响［D］．西南交通大学，2013．

［2］徐光兴．高层建筑梁式转换层结构的抗震设计的研究［J］．福建建材，2013(5):35-37．