某上盖车辆基地项目全框支剪力墙结构设计

朱一凡

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

1 工程概况

杭州地铁机场轨道快线工程仓前车辆段上盖开发面积476 439 m2，总建筑面积937 103 m2。上盖建筑主要为小高层住宅。上盖平台南北向约1 700 m，东西向约380 m。通过设置抗震缝将整个平台分为41 个独立的抗震单元。本文选择B5区块作为典型单元进行分析。

2 结构设计方案

2.1 上部结构设计方案

B5 区块结构长115 m，宽110 m，受地铁股道和列车检修工艺的制约，首层采用框架结构，层高为11.0 m，其中，垂轨向柱网典型跨度为12.6 m，顺轨向柱网典型跨度为9.0 m；2 层为上盖住宅用汽车停车库，结构层高6.0 m，柱网同首层；3 层及以上为4 幢11 层住宅，其中第三层结构层高5.55 m，4～11 层结构层高2.9 m，采用剪力墙结构；结构总高度为49.55 m。

由于上下建筑、工艺功能的差异使得结构竖向构件难以连续贯通，因此，需在2 层顶部布置水平转换构件。转换形式为底部框架+梁式转换+上部剪力墙，首层～3 层模型轴测图如图1 所示。

图1 首层～3 层模型轴测图

B5 区首层至3 层结构详细信息见表1。

表1 结构层信息

对于多塔结构，应按整体模型和分塔模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计。考虑到B5 区4 幢住宅塔楼结构布置基本相同，便以其中1#住宅塔楼为例，进行分塔模型的分析。

2.2 设计参数

本项目为全框支剪力墙结构，设计工作年限50 年，抗震设防烈度为6 度，基础及首层盖板抗震设防分类为乙类，其余为丙类，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。抗震等级：首层、2 层塔楼下转换框架柱及塔楼外两跨内的框架柱抗震等级为一级，其他框架柱为二级；2 层顶转换框架梁抗震等级为一级；3 层以上剪力墙，底部加强区为二级，其余为三级。

2.3 超限情况判定

根据 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67 号），对本项目的结构超限类型和超限程度进行判[1]。判断如下：

1）扭转不规则：考虑偶然偏心的楼层位移比最大值为1.29，属于一般不规则项；

2）刚度突变：首层侧向刚度仅为2 层侧向刚度的68%，属于一般不规则项；

3）构件间断：在2 层顶进行竖向构件的转换，属于一般不规则项；

4）塔楼偏置：大底盘存在塔楼偏置情况，属于严重不规则项；

5）特殊类型高层建筑：全框支剪力墙结构属于抗震规范、高层混凝土结构规程暂未列入的其他高层建筑结构[2，3]。

因此，本结构属于特别不规则的超限高层建筑工程。

2.4 结构抗震性能目标

本工程从高度上属A 级高度小高层建筑，但不规则项较多且属于特殊类型高层建筑，因而设定本结构整体抗震性能目标为C 级，即多遇地震下抗震性能水准为1，设防地震下抗震性能水准为3，罕遇地震下抗震性能水准为4。其中，首层及2 层的转换柱及转换梁要求在小震及中震情况下弹性，大震情况下抗剪弹性、抗弯不屈服。

3 整体计算分析

3.1 多遇地震反应谱分析

采用PKPM（PMSAP）与Midas/Gen 两个软件对分塔模型进行小震反应谱分析，两种软件计算结果基本一致。单塔模型计算结果表明，分塔结构的各项整体指标，如周期比、有效质量系数、层间位移角、剪重比、刚度比、受剪承载力比、位移比等，均满足规范要求，小震下单塔计算结果对比见表2。

表2 小震下单塔计算结果对比

3.2 设防地震下构件验算

本工程中震水平地震影响系数最大值取0.12，特征周期取0.45 s，结构阻尼比取0.06，周期折减系数取0.95。对于首层、2 层转换柱在中震下抗剪、抗弯，按满足弹性设计的要求进行验算；对于3 层、4 层竖向构件（底部加强区）在中震下按满足抗剪弹性、抗弯不屈服设计的要求进行验算；对于首层、2 层普通框架柱，以及5 层及以上竖向构件在中震下按满足抗剪弹性、抗弯不屈服设计的要求进行验算。根据验算结果可知，各构件满足以上性能要求。

3.3 罕遇地震作用下的动力弹塑性分析

采用PKPM-SAUSAGE 软件对本结构进行了罕遇地震下的弹塑性动力时程分析。本工程选取2 条天然波及1 条人工波进行结构的罕遇地震弹塑性时程分析，采用双向地震波输入，主次方向地震波峰值比为1∶0.85，地震波持续时间不小于结构第一周期的5～10 倍，主方向地震波峰值为125 cm/s2。

3 条地震波作用下，结构的最大层间弹塑性位移角X 向为1/240，Y 向为1/291，满足规范限值1/120。结构主承重墙及框架柱基本没有出现损伤，仅局部出现了轻微损伤，可满足关键构件及普通竖向构件的性能目标；连梁出现了一部分损坏，起到了耗能效果，满足耗能构件的性能目标。1～4 层大震下构件性能计算结果如图2 所示。

图2 1～4 层大震下构件性能计算结果

3.4 转换框架的有限元分析

采用Midas/FEA 软件对型钢混凝土转换梁柱进行有限元分析。

计算选取了塔楼下2 层典型跨进行建模，将型钢与混凝土分别建入模型。其中，转换柱双向工字钢钢骨高1.3 m，翼缘宽0.5 m，钢材板厚40 mm；转换主梁工字钢钢骨高1.7 m，翼缘宽0.3 m，钢材板厚40 mm；转换次梁工字钢钢骨高1.3 m，翼缘宽0.3 m，钢材板厚40 mm。

剪力墙底荷载采用大震工况下的最大弯矩及最大轴力，同时将楼板传递来的荷载用等效均布力施加在梁顶的3D 单元网格面上。转换框架有限元计算模型如图3 所示。

图3 转换框架有限元计算模型

根据有限元计算结果，大震工况下，转换梁最大挠度为5.63 mm，梁、柱型钢的Von Mises 最大应力为86.3 MPa，计算结果如图4 所示。转换梁及转换柱满足大震弹性的性能目标。

图4 型钢Von Mi ses 应力（单位：N/mm2）

4 结语

以杭州地铁机场轨道快线仓前车辆基地上盖项目为工程背景，针对超限情况，设定本结构整体抗震性能目标为C 级。罕遇地震工况下,最大层间位移角满足规范限值1/120，同时关键构件可满足性能要求。罕遇地震工况下，转换梁及转换柱承受较大的弯矩及轴力，为满足大震弹性的性能目标，结构方案采用型钢混凝土梁及型钢混凝土柱是合理的。