朱鳳濤

(大地建筑事務(wù)所(國(guó)際)上海分公司，上海200122)

多塔結(jié)構(gòu)及主樓間地下室頂板開(kāi)動(dòng)洞已經(jīng)逐漸成為目前結(jié)構(gòu)中較為常見(jiàn)的形式。在水平荷載作用下多塔樓的分塔之間(除地下室頂板之外，即主樓之間無(wú)相連部分)的相互影響在工程上幾乎可以認(rèn)為較小的。本文采用了分塔設(shè)計(jì)的方法來(lái)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而對(duì)主樓之間相連的部分，無(wú)論是從結(jié)構(gòu)概念上還是結(jié)構(gòu)師通過(guò)不同軟件的分析，都可以了解到多塔的相互作用是不可忽略的。因此，提出了弱連接板小震不裂中震屈服的設(shè)計(jì)方法。

1 工程概述

中福花苑二期工程位于黃浦區(qū)陸家浜路以南、中山南路以西、國(guó)貨路以北、海潮路及原草鞋灣路以東。屬于黃浦江兩岸開(kāi)發(fā)規(guī)劃協(xié)調(diào)區(qū)范圍，南側(cè)毗臨2010年世博會(huì)場(chǎng)，軌道交通M4線緊貼地塊東南角，距南浦大橋公交樞紐站約100 m。建設(shè)用地總面積46 069 m2。

本工程由7棟板式高層住宅和滿鋪1層商業(yè)裙房組成。

設(shè)二道抗震縫，地上分為南塊、北塊和中間連接裙房三個(gè)獨(dú)立的抗震單元，其中6#樓、7#樓坐落在北塊裙房，為大底盤(pán)雙塔結(jié)構(gòu)。1#～5#樓坐落在南塊裙房，為大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)。中間裙房為南北二塊的連接部分見(jiàn)圖1。地下共有3層，地下1層為商業(yè)，地下2～3層為停車(chē)庫(kù)。地下1層和地上1層的商業(yè)建筑面積約43 480 m2。

2 設(shè)計(jì)理念

圖1 結(jié)構(gòu)單元示意圖

北塊的二棟高層建筑在一層裙房標(biāo)高處，由一塊完整的裙房頂板連接在一起，按大底盤(pán)雙塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。南塊的五棟高層建筑，盡管在一層裙房標(biāo)高處，由裙房頂板連接在一起，但是頂板在高層建筑之間分別開(kāi)了三個(gè)大洞，形成由薄弱連接板連接的多塔樓結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。對(duì)于北塊裙房頂板按小震不裂，中震彈性的抗震設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì);對(duì)于南塊，本文提出了弱連接的設(shè)計(jì)理念。薄弱連接板按小震不裂，中震屈服的抗震設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。小震時(shí)，南塊為五塔結(jié)構(gòu)。中震和大震時(shí)，連接板屈服形成塑性鉸區(qū)域，分解成五個(gè)獨(dú)立的單塔結(jié)構(gòu)。高層建筑的彈塑性性能，完全取決于相應(yīng)的單塔結(jié)構(gòu)。本文還作了單塔和大底盤(pán)多塔的彈性性能的對(duì)比分析。如預(yù)期一樣，高層建筑的抗震設(shè)計(jì)可以依據(jù)單塔的分析結(jié)果，裙房的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)多塔的分析結(jié)果。

3 分析軟件

(1)SATWE－高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與計(jì)算軟件，中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制;

(2)MIDAS/GEN－MIDAS有限公司;

(3)ETABS－Computers and Structures，Inc.＆ 北京金土木軟件技術(shù)有限公司;

(4)SAFE－Computers and Structures，Inc.＆北京金土木軟件技術(shù)有限公司。

4 單塔和多塔模型結(jié)構(gòu)分析

1#～5#樓是由開(kāi)大洞的裙房頂板連接成的多塔結(jié)構(gòu)。為了考察薄弱連接板的作用和體現(xiàn)弱連接的設(shè)計(jì)理念，本文分別建立了多塔模型和單塔模型。它們的三維力學(xué)模型見(jiàn)圖3和圖4。使用MIDAS/GEN分別進(jìn)行了計(jì)算分析。圖5給出多塔分析的前四階段振型圖。它們依次是4#樓的X方向平動(dòng)，5#樓的X方向平動(dòng)，4#樓的Y方向平動(dòng)和5#樓的Y方向平動(dòng)。表1給出了單、多塔的自由振動(dòng)特性的詳細(xì)比較。以3#樓為例，圖6、圖7給出了單、多塔的層間位移角和位移比的比較。

圖2 南塊薄弱連接板范圍示意圖

表1 單、多塔模型自由振動(dòng)特性比較

圖6～圖7和表1表明，邊界條件只要沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的改變(如由剛接改變到鉸接)，局部的量變只對(duì)局部產(chǎn)生較大影響。對(duì)大底盤(pán)的多塔結(jié)構(gòu)，高層－裙房－高層之間的相互作用，對(duì)裙房部分會(huì)產(chǎn)生一定的影響，對(duì)高層部分，從工程設(shè)計(jì)的角度，其影響可以略去不計(jì)。高層建筑的抗震設(shè)計(jì)可依據(jù)單塔的結(jié)果。

圖7 3#樓單、多塔模型位移比比較

5 樓板的抗震設(shè)計(jì)

5.1 中震屈服設(shè)計(jì)法

南塊裙房頂板在高層建筑之間分別開(kāi)了三個(gè)大洞，形成由薄弱連接板連接的多塔樓結(jié)構(gòu)。對(duì)此，本文提出了弱連接的設(shè)計(jì)理念。連接板的抗震設(shè)防目標(biāo)為小震不裂，中震屈服，定義為中震屈服設(shè)計(jì)法。在中震作用下，大底盤(pán)裙房頂板有選擇地形成塑性鉸區(qū)域，多塔樓結(jié)構(gòu)分解成為獨(dú)立的單塔結(jié)構(gòu)。高層建筑的彈塑性抗震性能完全取決于相應(yīng)的單塔結(jié)構(gòu)。中震屈服設(shè)計(jì)法需要進(jìn)行無(wú)地震作用效應(yīng)的驗(yàn)算，且應(yīng)計(jì)入溫度作用效應(yīng)。本工程冬季平均溫度和夏季平均溫度及入模溫度之間的溫度差，取ΔT=±15°。

5.2 荷載組合

式中:γD、γL和γT分別為無(wú)地震時(shí)的靜荷載效應(yīng)、活荷載效應(yīng)和溫度作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù);ψL、ψT分別為活荷載和溫度作用組合系數(shù)，按規(guī)范采用;γC為混凝土徐變系數(shù)，取0.3;γG、γE和γm按規(guī)范采用。

5.3 設(shè)防公式

其中:σ1k為樓板平面內(nèi)主拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值;τzmaxk為樓板橫向最大剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng)雙層雙向配筋相同時(shí)，式(5.4)簡(jiǎn)化為

式中:Asx、Asy和Apx、Apy分別為間距sy和sx以及間距Spy和Spx范圍內(nèi)受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋的面積;fy和fpy分別為非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;α為主拉應(yīng)力方向和非預(yù)應(yīng)力鋼筋(或預(yù)應(yīng)力筋)之間的夾角;σ1，中震為鋼筋層有地震作用效應(yīng)組合時(shí)豎向荷載效應(yīng)和中震作用效應(yīng)組合的主拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值。

5.4 驗(yàn)算公式(無(wú)地震作用效應(yīng)時(shí))

* 正常使用極限狀態(tài)

式中σ1k和τzmaxk為無(wú)地震效應(yīng)組合時(shí)的樓板平面內(nèi)主拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值和樓板橫向最大剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng)雙層雙向配筋相同時(shí)，有

6 裙房頂板應(yīng)力分析

圖8給出了裙房頂板的主應(yīng)力跡線和變形。它說(shuō)明了:1)高應(yīng)力區(qū)和大變形區(qū)發(fā)生在薄弱連接板的范圍。2)由于高層建筑的錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)，樓板產(chǎn)生了較大的剪切應(yīng)變。3)對(duì)于狹長(zhǎng)的梁式連接板，變形和應(yīng)力分布具有梁的特征。圖9是SHW3波作用下的主應(yīng)力跡線和變形的包絡(luò)。對(duì)于本工程，時(shí)程分析的結(jié)果與反應(yīng)譜法的結(jié)果相當(dāng)接近。板厚取300 mm，中震屈服臨界點(diǎn)的縱向鋼筋C12@100為控制配筋。取鋼筋應(yīng)變硬化提高20%左右，取配筋C12@120，雙層雙向，配筋率0.31%。

7 結(jié)論

中?；ㄔ范诘慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足我國(guó)現(xiàn)行《抗規(guī)》和《高規(guī)》及其其它關(guān)聯(lián)規(guī)范的要求。在薄弱連接板的抗震設(shè)計(jì)中，條件許可的情況下可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)做進(jìn)一步的研究。

［1］扶長(zhǎng)生，劉春明，李永雙，等.高層建筑薄弱連接混凝土樓板應(yīng)力分析及抗震設(shè)計(jì)［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2008，38(3):106－110.