某综合保税区通关服务中心结构抗震设计与分析

张 朕 磊

(上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

某综合保税区通关服务中心结构抗震设计与分析

张 朕 磊

(上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

通过对结构单体进行小震弹性计算和弹性时程补充计算，精细化补充分析了楼板平面整体性、屋面悬吊桁架和X向、Y向单跨大悬挑单榀框架，并采用PUSHOVER校核结构大震变形能力及塑性演化过程，验证了阵型分解反应谱设计方法的可靠性。

抗震性能，楼板，悬吊桁架，PUSHOVER

1 工程概述

本工程位于湖南省岳阳市，基地总体呈矩形，向北微凸，高差约12 m。项目用地面积36 922 m2，分为办公楼、宿舍楼和主闸口三个结构单体。其中办公楼总建筑面积42 805 m2，地上6层，地下1层。主要功能包括政务用房、金融服务用房、休闲餐饮用房、会议服务用房、酒店服务用房、展示服务用房、行政办公用房和其他各类辅助用房等。

结构体系为钢筋混凝土框架—剪力墙，大屋面高度30.35 m。属于丙类建筑(标准设防类)，抗震设防烈度为6度(0.05g)，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.35 s，框架抗震等级为四级(局部为三级)，剪力墙抗震等级为三级。单体结构平面图见图1，计算模型三维图见图2。

2 结构体系及抗震设防目标

结构设计初期对钢筋混凝土框架与框架—抗震墙体系进行过对比分析，由于纯框架体系对扭转刚度的控制不如框架—抗震墙体系，四角筒体的存在能较好地减弱结构的扭转效应，控制位移比变形，且框架—抗震墙体系的二道防线的概念更清晰，有助于确保结构的抗震性能，最终选定采用钢筋混凝土框架—抗震墙体系。

本单体存在多项结构平面和竖向不规则，属于超限高层建筑，具体超限情况见表1。针对本工程的超限情况，进行了小震SATWE与Midas Building两程序对比分析，弹性时程补充验算，还对楼板平面整体性、屋面悬吊桁架以及X向、Y向单跨大悬挑单榀框架等进行了精细化补充分析，并采用PUSHOVER校核结构大震变形能力及塑性演化过程。经上述分析及构造处理的结构可以满足设定的性能目标。具体性能目标见表2[1,2]。

表1 超限情况表

3 楼板应力分析

针对结构设计中存在的平面开大洞，有效楼板连接宽度较窄以及凸出尺度过大等平面不规则现象，为保证楼板内实际刚度，确保水平地震作用的可靠传递，避免形成薄弱层，采用Midas Building程序对楼板薄弱部位进行了小震条件下楼板应力分析。同时考虑2层、3层楼板实际连接宽度较小，即便采取了构造及分析上的加强措施，当建筑遭遇超过设防罕遇地震时，仍难以确保楼面较窄连接部位的楼板强度，有鉴于此，补充SATWE分塔计算模型。即假定2层、3层楼板在地震中受拉破坏，结构在这两层形成彼此分离的3个塔，要求多塔模型与原整体模型的动力表现相似，各整体指标均应满足规范限值要求且与整体模型指标偏差不大，各塔具备独立承受地震作用的能力。截取4层楼板应力云图见图3。

表2 构件性能目标表

4 屋面悬吊桁架分析

为满足建筑立面效果，5层以上平面南侧2根框架柱、4层以上平面左下角框架柱以及5层以上平面右上角框架柱无法落地，造成竖向构件不连续超限，见图4。针对上述部位结构，在屋面上方借助女儿墙高度布置双向悬吊桁架结合楼层平面大跨预应力梁的方式进行转换处理，这也对屋面桁架的设计提出了较高的要求。除构造上提出此范围框架抗震等级提高为三级以外，结构设计要求在考虑竖向地震的条件下，悬吊桁架及吊柱满足中震弹性的性能要求。为实现设定的性能目标，对以上区域构件进行了中震补充设计验算。此外，对于5层以上屋面南侧3跨27 m大跨度，6 m大悬挑区域，见图5，竖向力主要沿跨度方向的受力机制(大跨梁+屋面桁架)进行传递，为明确传力路径，提高结构安全度，进行了平面框架的补充设计验算。最终结构设计时以上述补充计算模型与整体模型做包络设计，可满足强度及变形要求[3]。

5 静力弹塑性PUSHOVER分析

除了采用弹性时程补充计算外，本工程还采用PKPM系列软件PUSH程序模块对结构进行了弹塑性推覆分析。混凝土材料的受压本构关系采用SAENZ曲线模拟，并考虑了其中的下降段，忽略混凝土的抗拉能力。钢筋的本构关系采用理想弹塑性模型。结构计算见表3。

表3 结构计算表

结构在PUSH过程中，破坏主要集中在剪力墙构件上，两方向剪力墙均经历了墙底受拉侧开裂、中部高度处连梁开裂→裂缝开展→墙底钢筋屈服、顶部开裂，连梁屈服→屈服区域由墙底向上发展，连梁屈服由下向上发展→1/2墙高开裂、底部完全屈服的破坏过程，且X向破坏过程较Y向严重。

由于结构整体刚度大，抗震墙承载力高，同时所受地震作用小，即使在6度大震时，整体也基本处于弹性状态，仅墙肢底部轻微开裂。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造(附实例)[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

Seismic analysis and design of an office building structure

Zhang Zhenlei

(ShanghaiInstituteofArchitecturalDesignandReaserchCo.,Ltd,Shanghai200041,China)

The response spectrum analysis and elastic time history analysis of an office building was performed under minor earthquake meanwhile refined analysis was performed to investigate the slab integrity and the effectiveness of the suspension truss and single-span frame with large cantilever in both directions. In addition, PUSHOVER analysis under major earthquake was carried out to examine the displacement ductility and plasticity developing process, which verify the reliability of the response spectrum method.

seismic performance, slab, suspension truss, PUSHOVER

1009-6825(2017)03-0031-03

2016-11-13

张朕磊(1987- )，男，工程师

TU352

A