深圳某复杂停车楼结构设计分析

陈 杰

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 概述

随着我国国民经济的快速发展，全球贸易化早已是必然趋势，作为进出口贸易的大国，现存的港口及其配套的拖车停车场已无法满足日益扩大的贸易量。深圳作为一线超级大城市，土地资源问题尤其突出，在平地资源无法满足当地经济发展需求时，向山地资源发展已是必然的选择。鉴于盐田后方陆域面积狭小，空间资源争夺激烈，交通矛盾日益突出，集装箱运输车路边占道停车现象突出，对地区交通和居民生活带来极大影响。为解决港口及后方陆域物流产业所带来的作业停车需求，现建设一座盐田港集装箱运输车综合服务中心，作为疏港公共基础设施，见图1所示。

图1 停车场效果图

2 工程概况

该项目为大型综合功能性建筑，包括2栋综合集卡停车楼和1栋综合服务楼。本文研究对象为1栋拖车停车楼。该停车楼建筑面积约124 440 m2。建筑主体高度52.7 m，地上八层。

根据建筑功能需要，并针对工程特点，对1#拖车停车楼通过设置抗震缝分为两个结构单体，其中1-2#单体长104.7 m，宽57.5 m。地上典型平面布置见图2、图3所示，竖向典型剖面见图4所示。该单体结构的设计使用年限为50 a，建筑结构的安全等级为二级。抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35 s。50 a一遇基本风压为0.75 kN/m2，地面粗糙度类别为B类。多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.08，罕遇地震影响系数为0.5。结构阻尼比为0.05，抗震设防类别为标准设防类。根据《建筑抗震设计规范》[1]第4.1.8条，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数，该单体局部地形顶部地震影响系数放大系数取1.5。根据《建筑结构荷载规范》8.2.2条对于山区的建筑物风压高度变化系数还应考虑地形条件的修正，经计算，修正系数η取1.41。

图2 典型掉层二层结构平面布置图

图3 典型上接地端楼盖结构平面布置图

图4 典型剖面图

3 基础设计

该工程为边坡顶建筑，采用天然基础的话，近边坡边缘区域的地基承载力受边坡影响较大，受力复杂，给边坡设计带来较大的难度，而且传力路径不直接，不确定因素较多，不宜采用。所以，该工程采用桩基较为合理。该工程采用钻（冲）孔灌注桩，桩端持力层选择在微风化花岗岩，入岩深度取0.5 m，桩长随持力层深度确定。桩径分为1 m，1.2 m，1.4 m，1.6 m，1.8 m，2 m共六种类型。混凝土强度等级取水下C40（桩身强度计算时，工作系数取小值为0.7，不考虑配筋）。根据计算结果由桩身承载力控制，预估单桩承载力特征值见表1所列。基础设计等级为甲级。

表1 单桩承载力一览表

对于山地建筑，桩基应设置在边坡或斜坡潜在破裂面以下足够深度的稳定岩土层内。因此，该工程桩端嵌岩深度从岩体破裂面以外水平距离不小于2 m考虑计算。相邻桩桩端连线与水平线之间夹角不大于45°，按照“桩底应力扩散范围内无岩体临空面”要求控制。

4 结构体系概述

该工程采用钢筋混凝土现浇框架剪力墙结构。该结构单体在规定水平力作用下结构底层框架部分承担的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值小于50%，按框架-剪力墙结构进行设计，其位移相关指标按照框架-剪力墙结构的规定采用。剪力墙和框架结构的抗震等级分别为二级和三级。该工程无地下室，上部结构的嵌固部位均为基础顶面。由于建筑功能需要，轴线（1-Q）～（1-S）区域的柱不能落在地面一层（绝对标高42.600），形成了底部竖向构件的约束部位不在同一水平面上且不能简化为同一水平面时的结构，即山地建筑结构。该工程属于在同一结构单元内有两个及以上不在同一平面的嵌固端，且上接地端以下利用坡地高差按层设置楼层的结构体系，即掉层结构。所以该工程由三个嵌固端，即（1-S）轴的柱嵌固于约第三层标高处，（1-R）轴的柱嵌固于约第二层标高处，其余嵌固于约第一层标高的基础顶面。参考《山地建筑结构设计规程》（征求意见稿），将各接地端上下层抗震等级提高一级。在该工程中第一～第四层框架和剪力墙抗震等级分别提高至二级和一级。

在该工程中，掉层结构的上接地竖向构件、拉梁按现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]JGJ3的关键构件进行抗震设计。掉层结构的拉梁采用C级抗震性能目标，掉层结构的上接地竖向构件宜采用D级抗震性能目标。据此，对拉梁在设防烈度地震作用下正截面承载力保证不屈服，受剪承载力按弹性设计。对上接地竖向构件在设防烈度地震作用下正截面和受剪承载力均按不屈服考虑。

考虑到接地楼盖起到协调变形的作用，受力复杂，在整体计算中上接地层楼盖采用膜单元模拟面内弹性变形，配筋计算不考虑刚性楼板假定。在施工图设计时，对该楼板考虑面内弹性变形，补充内力分析，并根据设防工况下内力结果配筋。

5 不规则性分析

5.1 主要计算结果

该工程采用三种软件进行主要计算指标的对比分析，在主要计算指标上，三个软件的计算结果都比较接近，详细见表2所列。

5.2 规则性判断

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016版）、广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15-92—2013）[3]，并参照建设部建质【2015】67号文《超限高层建筑工程抗震设防审查技术要点》及粤建市函【2011】580号文《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》，该工程规则性情况判别标准如表3所列。

表2 反应谱法主要计算结果一览表

表3 规则性判断一览表

通过超限判别可知，1-2#停车楼仅有扭转位移比超限。根据粤建市函【2011】580号文《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》，不需要进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。但是考虑到掉层结构目前仅在部分区域采用，受力比较复杂，该项设计还是依据超限审查的标准进行了相关的计算和分析。

5.3 弹性时程分析

计算选用PKPM地震波数据库中II类场地上的一条人工地震波RH1TG035，以及两条实测地震波TH003TG035、TH033TG035，特征周期均为 0.35 s。

在此单体结构弹性反应谱分析时，地震影响系数放大了1.5倍，因此三条地震波输入的加速度最大值相应地放大到52.5 cm/s2。输入的三条地震波与放大后的规范谱分别做了对比，在结构前3阶周期上均满足抗震规范要求的统计意义上相符，见图5所示。三条地震波的平均值在结构第1、第2、第3阶周期上与规范谱的误差分别为1.4%、-4.7%、-1.0%，满足抗震规范要求。

图5 规范谱与地震波谱对比图

在弹性时程分析时，三条地震波均按双向水平输入，X向与Y向加速度比值为1∶0.85。弹性时程分析的主要结果如表4所列。

表4 弹性时程分析与反应谱分析的底部剪力对比表

（1）由于停车楼因掉层结构的缘故存在3个嵌固端，弹性时程分析与反应谱分析对比底部基底剪力时需同时比较第1～第3层的基底剪力。由此可见，在X和Y方向上每条时程曲线产生的结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%，满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016版）的规定。

（2）时程分析方法显示结构的反应特征、变化规律与前述振型分解反应谱法分析基本一致。时程分析法的包络计算结果与反应谱法计算结果基本吻合，符合设计标准的有关要求。

6 结语

本文通过分析具有掉层结构的停车楼工程实例可以看出，由于结构嵌固端不在同一平面，掉层结构的受力性能与平地建筑结构有着显著的不同。针对山地建筑结构的不规则性，结构设计采取合理选型，加强薄弱部位并辅以有效的抗震措施，使建筑的结构抗震设计满足相关规范的要求，在满足建筑功能需求的同时，并具有较好的抗震性能。