文體中心項(xiàng)目結(jié)構(gòu)抗震專項(xiàng)淺析

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摘要：單體建筑面積大于5萬m2以上的公共建筑屬于重要工程，進(jìn)行重要工程勘察設(shè)計(jì)專家論證。以太原市某具體工程為例，進(jìn)行整體性能化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)平面布置屬于一般不規(guī)則，通過采取合理的結(jié)構(gòu)形式及構(gòu)件布置，并對關(guān)鍵部位、薄弱部位采取有效的抗震加強(qiáng)措施，使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性，通過對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的抗震性能分析，表明該結(jié)構(gòu)滿足既定的性能目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：公共建筑；性能化設(shè)計(jì)；抗震加強(qiáng)措施；性能目標(biāo)

1工程概況

本工程位于山西省太原市，地上5層，地下2層，建筑總高度22．300m，室內(nèi)外高差0．3m，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級為剪力墻二級、框架三級，跨度大于18m框架及錯層部位框架抗震等級二級。地下2層層高4．0m，地下1層層高5．4m（局部3．6m），地上1層層高5m，2層4．4m，3層～5層為4．2m，建筑鳥瞰圖見圖1。其中地下2層局部設(shè)有人防層。風(fēng)荷載為0．4kN／m2，場地類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．2g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。據(jù)《太原市重要工程勘察設(shè)計(jì)專家論證管理辦法》，單體建筑面積大于5萬m2以上的公共建筑屬于重要工程，本工程建筑面積為7．9萬m2，屬于重要工程，應(yīng)進(jìn)行重要工程勘察設(shè)計(jì)專家論證，結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體性能化設(shè)計(jì)［1］。本項(xiàng)目根據(jù)結(jié)構(gòu)縫分為三個部分，分區(qū)示意圖見圖2，本文僅以A區(qū)進(jìn)行分析。

2結(jié)構(gòu)不規(guī)則判定及對應(yīng)措施

2．1結(jié)構(gòu)不規(guī)則情況分析

結(jié)構(gòu)不規(guī)則情況分析見表1，由表1可知，該結(jié)構(gòu)存在平面布置不規(guī)則中的兩項(xiàng)不規(guī)則，屬于一般不規(guī)則；但本工程屬于公共建筑，周期比較大，進(jìn)行整體性能化設(shè)計(jì)。

2．2針對性能化設(shè)計(jì)的計(jì)算分析及加強(qiáng)措施

2．2．1計(jì)算分析要求。1）采用兩種結(jié)構(gòu)軟件，進(jìn)行多遇地震作用分析，各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。2）時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算，選取5條天然波和2條人工波，各條波的分析結(jié)果滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］5．1．2要求。3）進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)，選定合適的性能目標(biāo)，進(jìn)行中震、大震下計(jì)算分析，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足預(yù)設(shè)的性能目標(biāo)。4）進(jìn)行罕遇地震下的彈塑性分析，彈塑性層間位移比滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5．5．5要求。并初步判斷結(jié)構(gòu)的薄弱位置，保證結(jié)構(gòu)達(dá)到大震不倒的設(shè)防目標(biāo)。5）存在樓板開洞及樓板寬度小于典型樓板寬度的50％，補(bǔ)充樓板中震下應(yīng)力分析，保證水平地震力的有效傳遞。2．2．2抗震設(shè)防性能目標(biāo)。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］3．11要求，整體結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)定為D級。結(jié)構(gòu)各部位性能化設(shè)計(jì)的具體要求如表2所示。2．2．3性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)措施。1）采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，形成有效的抗側(cè)力體系，承擔(dān)地震作用產(chǎn)生的水平力；而連梁、框架梁作為耗能構(gòu)件，在遭受強(qiáng)震時(shí)首先發(fā)生屈服，充分發(fā)揮塑性變形能力，有效耗散地震能量，從而減輕主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。2）合理布置剪力墻，保證結(jié)構(gòu)水平整體剛度，使結(jié)構(gòu)豎向不出現(xiàn)薄弱層、軟弱層。3）大跨度框架梁柱采用型鋼混凝土，框架抗震等級由三級提高為二級。4）錯層處剪力墻抗震等級由二級提高到一級，剪力墻的配筋率不應(yīng)小于0．5％；錯層處框架抗震等級由三級提高為二級，且箍筋全高加密。5）加強(qiáng)關(guān)鍵部位框架柱、剪力墻配筋，在中震配筋率較大部位加設(shè)型鋼，提高框架柱、剪力墻的抗剪、抗彎性能。6）加強(qiáng)開洞部位梁板連接，周圍板厚取h＝150mm，采用雙層雙向配筋，保證水平地震力可有效傳遞。

3小震振型分解反應(yīng)譜分析

3．1整體計(jì)算的模型

本工程采用YJK2．0．3和PMSAP軟件進(jìn)行多遇地震下彈性計(jì)算，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用。結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算模型如圖3所示。

3．2質(zhì)量分析

兩種軟件計(jì)算的質(zhì)量對比表如表3所示。兩種軟件計(jì)算的質(zhì)量相近，誤差控制在3％以內(nèi)，表明結(jié)構(gòu)計(jì)算模型是可靠的，計(jì)算結(jié)果可作為分析結(jié)構(gòu)的依據(jù)。

3．3模態(tài)分析

扭轉(zhuǎn)周期比及質(zhì)量參與系數(shù)如表4所示。剛性板假定下，X向和Y向的質(zhì)量參與系數(shù)均大于90％，第一周期和第二周期均為平動，第三周期為扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)周期比滿足規(guī)范要求。兩種軟件分析的模態(tài)參數(shù)結(jié)果誤差均在5％以內(nèi)，分析結(jié)果吻合。

4小震彈性時(shí)程分析

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》4．3．4條和5．1．13條規(guī)定，應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。本項(xiàng)目采用YJK2．0．3軟件進(jìn)行彈性時(shí)程分析。七條時(shí)程波作用下各樓層平均剪力與反應(yīng)譜分析的對比結(jié)果詳見表5。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5．1．2條，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)采用的地震作用效應(yīng)取時(shí)程分析平均值與反應(yīng)譜分析結(jié)果的包絡(luò)值。

5中震等效彈性分析

依據(jù)設(shè)定的性能目標(biāo)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行中震作用下等效彈性計(jì)算，復(fù)核各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否滿足既定的抗震性能目標(biāo)。

5．1基底剪力和傾覆力矩

中震等效彈性方法所得基底剪力與多遇地震作用計(jì)算結(jié)果比較見表6。中震等效彈性計(jì)算的基底剪力和傾覆力矩約為小震的2倍～3倍，中震作用在合理范圍之內(nèi)。

5．2層間位移角利用YJK軟件分析得到中震作用下各層層間位移角見表7，中震作用下層間位移角滿足《抗規(guī)》條文說明附錄M．1．3規(guī)范要求。5．3中震不屈服驗(yàn)算根據(jù)抗震性能目標(biāo)，全部豎向構(gòu)件均滿足中震不屈服要求。

6大震等效彈性分析

按照設(shè)定的性能目標(biāo)要求，需對結(jié)構(gòu)在大震作用下的構(gòu)件承載力進(jìn)行復(fù)核，確定其達(dá)到該結(jié)構(gòu)設(shè)定的構(gòu)件性能目標(biāo)。采用YJK進(jìn)行結(jié)構(gòu)的大震不屈服等效彈性計(jì)算。

6．1基底剪力與傾覆力矩

大震等效彈性方法所得基底剪力和傾覆力矩與多遇地震作用下的進(jìn)行比較，結(jié)果表明，大震的基底剪力和傾覆力矩約為小震的4倍～5倍，大震作用在合理范圍之內(nèi)，見表8。

6．2層間位移角

大震作用下最大樓層層間位移角詳見表9。結(jié)果表明，采用等效彈性方法初步驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的最大層間位移角均小于規(guī)范限值1／100，整體結(jié)構(gòu)不會發(fā)生倒塌。

6．3大震不屈服驗(yàn)算

根據(jù)抗震性能目標(biāo)，全部豎向構(gòu)件均滿足大震不屈服要求。

7大震動力彈塑性時(shí)程分析

7．1彈塑性基底剪力

基底剪力統(tǒng)計(jì)表見表10。由表10可知，大震彈塑性分析得到的基底剪力約為小震振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的3倍～4倍，表明結(jié)構(gòu)在大震作用下的塑性變形消耗了部分地震能量；另一方面也說明這三條時(shí)程波曲線輸入的地震激勵可以達(dá)到罕遇地震水平。

7．2彈塑性位移角

X向，Y向最大層間位移角匯總見表11。以上結(jié)果表明，最大層間位移角均小于規(guī)范限值1／100，滿足“大震不倒”的抗震性能目標(biāo)。

8結(jié)論及建議

1）小震作用下，YJK和PMSAP兩種軟件在結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、周期等主要控制指標(biāo)計(jì)算結(jié)果吻合較好，滿足規(guī)范要求，可以作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。2）小震彈性分析，七條地震波計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力與振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5．1．2條的要求。3）中震彈性分析，中震作用下結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算滿足要求，對抗剪截面不足的個別框架柱通過埋設(shè)型鋼，形成型鋼混凝土柱，提高截面抗剪承載力，達(dá)到中震抗剪不屈服的性能目標(biāo)。大部分剪力墻邊緣構(gòu)件配筋可滿足正截面抗彎不屈要求，對不滿足的增設(shè)型鋼實(shí)現(xiàn)中震抗彎不屈的性能目標(biāo)。4）大震等效彈性分析，結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算滿足要求，最大層間位移角均小于規(guī)范限值1／100。5）大震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角小于規(guī)范限值1／100，大震作用下樓層位移均小于抗震縫寬度，抗震縫兩側(cè)的單體不會發(fā)生碰撞。大部分框架柱、剪力墻為輕微～輕度損傷；局部出現(xiàn)中度～重度損傷，部分鋼筋屈服。通過增加墻體配筋率和增加型鋼的措施，可有效改善該損傷情況，以滿足大震作用下性能目標(biāo)。

作者:王飛 單位:山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司