浅谈某商业综合体抗震性能化设计分析赵仁彬--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

浅谈某商业综合体抗震性能化设计分析赵仁彬

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：赵仁彬

[导读] 摘要：城市商业综合体建筑功能复杂，结构平面布置存在较多的抗震不规则，楼板大开洞、局部转换、大跨度框架、单跨框架、跃层柱等不规则情况。

        重庆大恒建筑设计有限公司重庆 400000
        摘要：城市商业综合体建筑功能复杂，结构平面布置存在较多的抗震不规则，楼板大开洞、局部转换、大跨度框架、单跨框架、跃层柱等不规则情况。为了满足建筑抗震性能目标，一般建筑抗震设计方法不能满足要求，结构设计需根据不规则情况采取抗震性能化设计方法，针对薄弱部位采取对应的加强措施，文章根据抗震理论对建筑不规则情况及薄弱部位进行分析，并提出看法及分析结论以供参考。
        关键词：商业综合体；特别不规则；抗震性能化设计
        前言：
        某商业综合体由于结构平面大开洞，存在楼板局部不连续、跃层柱等，属于特别不规则建筑，采用抗震性能化设计方法对综合体进行抗震设计。
        1 工程概况
        重庆某商业综合体建筑共6层，包括两层地下室，负一层地下室顶板设置为结构嵌固端。建筑使用功能包括超市卖场、篮球场、乒乓球场、羽毛球场、电影院、游泳池以及商铺等。本项目采用框架结构，结构高度为21.3m。根据建筑造型、功能要求以及结构设计需要，本商业通过设缝将整个结构分隔为两个结构单元，缝宽100~150mm。超限部分为左侧结构单元，结构不规则主要包括扭转不规则、楼板大开洞导致的楼板不连续以及穿层柱导致的局部不规则、大跨度等情况。
        2 结构布置及不规则分析
        建筑采用钢筋混凝土框架结构，混凝土强度等级采用C30~C50，纵筋及箍筋均采用HRB400。超限部分结构单元的结构布置及性能设计中关键构件定义如下图示：

        二层结构平面布置                    三层结构平面布置
        根据结构平面布置，结构二层开洞面积大于30%；有效楼板宽度不足50%；局部存在大跨度框架及跃层柱；结构扭转不规则；楼板连接薄弱，属于特别不规则建筑，故进行特别不规则工程结构抗震设计性能分析。
        3 抗震性能化设计分析
        本工程依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）3.10节“建筑抗震性能设计”及相关条文说明和“附录M实现抗震性能设计目标的参考方法”的要求，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.11.1条针对性选用D级性能目标及相应的抗震性能水准进行设计，计算方法按照《高规》第3.11节所列各水准的验算公式计算。
        针对不规则结构的计算分析方法：
        1）采用两种力学模型的空间结构分析软件（YJK与MIDAS），进行多遇地震弹性性能分析计算，确保多遇地震下的结构的层间位移、结构构件的承载力及结构整体稳定性均满足规范有关规定；对软件的可靠度进行检验。
        2）采用YJK进行小震弹性时程分析，分析结构在各地震波作用下的反应，并将楼层剪力与CQC法计算结果进行对比。
        3）采用YJK进行中震不屈服，验证各构件的抗震性能水准。
        4）采用YJK-EP进行弹塑性动力时程分析，分析结构在罕遇地震下的变形，构件塑形发展、分布情况，验证大震不倒的整体目标。
        4 计算结果分析
        在风和多遇地震作用下，通过对两个软件的弹性反应谱分析结果和弹性时程分析结果进行比较、对比分析，可得出以下结论：
        1）风作用下结构最大层间位移角均小于规范规定的要求。
        2）两个软件计算所得的周期、位移、层间位移角、剪重比等指标均比较接近、比较合理并控制在规范允许范围内，说明本工程结构刚度适宜。
        3）两个软件计算所得的侧向刚度比、受剪承载力比比较接近，位移曲线比较接近，表明本工程沿竖向无明显软弱层和薄弱层。
        4）两个软件计算所得的周期比等指标均小于规范规定的最大值，但位移比略大，说明本工程的结构虽然扭转刚度略弱，但结构整体刚度大，抗侧力结构布置比较合理。
        综上所述，在风和小震作用下结构整体和结构构件的抗震性能满足预定的性能目标。
        中震楼板应力计算结果：
        采用YJK计算在设防烈度地震作用下（采用规范谱）的楼板应力，采用标准组合（1.0恒+0.5活+1.0地震），混凝土、钢筋在设防烈度地震作用下均考虑标准值，混凝土C30的轴心抗压强度标准值为20.1N/mm2，轴心抗拉强度标准值为2.01N/mm2，三级钢（HRB400）的屈服强度标准值为400N/mm2。本工程楼板选取板面应力分析；在按弹性假定条件下，正方向地震作用与负方向地震作用下的楼板应力变化规律略有区别，但大致相同。
        通过在设防地震作用下的楼板应力分析，找出楼板在地震作用下应力较大的部位，找出楼板薄弱部位，对这些部位楼板进行加强。楼板在标准组合（1.0恒+0.5活+1.0地震）的作用下，楼板最大压应力为-9N/mm2（屋面层X向地震X方向楼板应力），远小于混凝土抗压强度标准值20.1N/mm2，故楼板受压满足规范要求；除屋面层外，其余各层板顶的X、Y向拉应力值均小于2.01N/mm2，满足中震性能要求；屋面层楼板绝大部分板顶X、Y向拉应力值均小于2.01N/mm2，仅在错层位置楼板应力较大，最大板顶X向拉应力为9.1N/mm2，Y向则为5.7N/mm2，该部分楼板应力较大部位基本为局部区域，混凝土应力大于受拉强度标准值后开裂，转为钢筋受力，设计过程中，对该区域楼板板厚及配筋进行加强，控制裂缝以满足规范要求及在设防烈度下楼板弹性工作的性能要求。
        综上分析，在地震作用下，楼板应力较大部位为主要为中庭开洞后的内角区域、楼梯开洞后楼板有效连接宽度较小区域、楼板有效连接薄弱部位（连廊区域）、屋面层楼板错层位置，施工图中，上述部位楼板板厚不小于150mm，楼板采用双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。
        计算罕遇地震作用时，特征周期应增加0．05s，阻尼比采用0.07，各条波的时程曲线及与规范反应谱的对比在前三周期点上的地震影响系数的平均值相差在20%以内，进行动力弹塑性分析。由结构损伤图可以看出，在罕遇地震作用下，大部分墙柱混凝土达到轻微损伤，未出现不严重破坏或倒塌，仅两根梁出现倒塌，钢筋受拉轻微损伤。上述分析表明在罕遇地震作用下结构构件满足关键构件中度损坏，部分普通竖向构件达到屈服，耗能构件比较严重损坏的性能要求。
        5 抗震加强措施
        （1）为控制扭转效应，加强角部框架柱其相连楼板配筋，如框架柱纵筋配筋适当放大，箍筋全长加密；局部边框梁加高到1m；
        （2）加强楼板连接薄弱部位、连廊部位的板厚及板配筋，板厚不小于150mm，板配筋率不小于0.25%，同时加强连廊及开洞薄弱边梁的纵筋及腰筋，腰筋按抗扭构造要求锚固，并通长配筋
        （3）支撑大跨度的框架柱及跃层框架柱，加强纵筋配筋，箍筋全高加密，小震抗剪及抗弯承载力不低于相邻非跃层柱，并满足性能目标D的要求。
        结论：
        本工程是具有扭转不规则、楼板连接薄弱、大跨度等特性的多层建筑，属于特别不规则的建筑结构。在小震作用下，YJK和MIDAS模型计算结果在数值上存在一定的差异，但基本规律一致，周期比、位移角等各项指标均满足规范要求。在中震作用下，关键构件及普通竖向构件受剪、受弯均处于不屈服状态。在大震作用下，关键构件及普通竖向构件受剪、受弯均处于不屈服状态。通过对小震、中震和大震作用下的结构性能分析，计算结果中的各项指标均满足现行规范和规程的要求并在合理范围内；通过对关键构件的采取相应、有效的加强措施后，结构的抗震整体性能能达到性能目标D级的要求。
        参考文献：
        [1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版）
        [2]朱炳寅《建筑抗震设计规范应用与分析》2011年出版
        [3]朱炳寅《高层建筑混凝结构技术规程应用与分析》2013年出版