《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：DBJ/T 15-92—2021》在某塔樓設(shè)計(jì)中的運(yùn)用對比

吳敬偉

（汕頭市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 汕頭 515000）

0 引言

文獻(xiàn)［1］采用設(shè)防烈度地震進(jìn)行構(gòu)件的承載力驗(yàn)算，取消與抗震等級有關(guān)的構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整，取消抗震承載力調(diào)整系數(shù)γRE，改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)譜、簡化結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造等級的確定原則、調(diào)整結(jié)構(gòu)位移控制指標(biāo)，修改柱軸壓比計(jì)算方法及限值，提出了基于設(shè)防烈度地震和結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水準(zhǔn)的新的抗震設(shè)計(jì)方法［1］?，F(xiàn)行《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范：GB 55002—2021》［3］總則1.0.3 條規(guī)定：“工程建設(shè)所采用的技術(shù)方法和措施是否符合本規(guī)范要求，由相關(guān)責(zé)任主體判定。其中，創(chuàng)新性的技術(shù)方法和措施，應(yīng)進(jìn)行論證并符合本規(guī)范中有關(guān)性能的要求”。并在2.1 節(jié)明確性能要求為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。文獻(xiàn)［1］提出的基于設(shè)防烈度地震和性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，屬于創(chuàng)新性技術(shù)方法和措施，并已通過審查委員會的論證審查，認(rèn)為其“符合國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，技術(shù)內(nèi)容科學(xué)合理，實(shí)用性和操作性強(qiáng)，總體達(dá)到國際先進(jìn)水平”。文獻(xiàn)［1］符合文獻(xiàn)［3］要求。文獻(xiàn)［2］以多遇地震作為設(shè)計(jì)依據(jù)，輔加各種多遇地震作用組合及地震作用調(diào)整系數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，滿足多遇地震組合的承載力要求，保證“中震可修”［2，4］，兩者抗震設(shè)計(jì)方法不同。本文以7 度（0.15g）抗震設(shè)防區(qū)某超限高層商住樓為例，分別采用文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對比分析。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于汕頭市潮南區(qū)，塔樓地面以上46 層，1～2 層使用功能為商業(yè)和配套用房，16、31 層為避難層，其余樓層為住宅，建筑面積約2.0 萬m2，首層層高5.8 m，二層層高3.8 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.15 m，結(jié)構(gòu)主屋面高度146.4 m。設(shè)計(jì)使用年限50年，安全等級二級，抗震設(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），場地處于發(fā)震斷層10 km以外，設(shè)計(jì)地震分組第二組，場地類別Ⅲ類。50 年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓值0.75 kN/m2（承載力設(shè)計(jì)時(shí)乘以1.1），地面粗糙度C類，風(fēng)荷載體型系數(shù)1.4。

2 結(jié)構(gòu)布置和計(jì)算參數(shù)取值

塔樓為B級高度高層建筑，剪力墻結(jié)構(gòu)，帶2層裙樓，嵌固端為地下室頂板面［5］。2 層以下剪力墻厚度一般為350 mm，往上逐漸減薄至200 mm，框架梁截面尺寸一般為300（250）×600 mm，200×600 mm，樓板厚度為100～160 mm，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置如圖1 所示。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)為C 級，文獻(xiàn)［1］中震、大震對應(yīng)的性能水準(zhǔn)為3、4，文獻(xiàn)［2］小震、中震、大震對應(yīng)的性能水準(zhǔn)為1、3、4。采用相同結(jié)構(gòu)模型根據(jù)文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］各自要求進(jìn)行反應(yīng)譜（CQC 法）分析、彈性時(shí)程分析、罕遇地震動(dòng)力和靜力彈塑性分析，主要計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)的主要計(jì)算參數(shù)Tab.1 Main Calculation Parameters of Structure

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面Fig.1 The Standard Layer Structure Plane （mm）

3 主要計(jì)算結(jié)果對比和分析

3.1 文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］自振周期對比

文獻(xiàn)［1］梁剛度放大系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)均比文獻(xiàn)［2］取值小，表2 揭示結(jié)構(gòu)自振周期文獻(xiàn)［1］的略大，具體如表2所示。

表2 自振周期對比Tab.2 Natural Vibration Period Comparison （mm）

3.2 文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］地震作用主要計(jì)算結(jié)果對比

對比結(jié)果如表3 和圖2～圖3（因不利方向?yàn)閅向，僅列出Y向?qū)Ρ冉Y(jié)果）所示。

表3 地震作用主要計(jì)算結(jié)果對比Tab.3 Comparison of Main Calculation Results of Seismic Action

圖2 Y向樓層剪力及彎矩分布Fig.2 Y-direction Floor Shear Force and Bending Moment Distribution

圖3 Y向地震作用位移角及扭轉(zhuǎn)位移比Fig.3 Displacement Angle and Torsional Displacement Ratio of Seismic Action in Y-direction

⑴表3主要計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)控制性指標(biāo)滿足相應(yīng)規(guī)范要求。文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］設(shè)計(jì)譜不同，計(jì)算參數(shù)取值差異且文獻(xiàn)［1］采用中震設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)［2］采用小震設(shè)計(jì)，兩者水平地震影響系數(shù)最大值之比為3.083，故文獻(xiàn)［1］與文獻(xiàn)［2］小震的基底剪力、彎矩、層間位移角等比值在2.50～3.00間。

⑵文獻(xiàn)［1］設(shè)計(jì)譜位移段譜值符合實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果，相對客觀和充分地考慮長周期結(jié)構(gòu)高階振型的貢獻(xiàn)［6］。圖2?中文獻(xiàn)［1］樓層剪力曲線較文獻(xiàn)［2］內(nèi)凹，導(dǎo)致圖2?文獻(xiàn)［2］中震傾覆彎矩大于文獻(xiàn)［1］［7］。

⑶文獻(xiàn)［1］地震作用下最大層間位移角限值為1/180，約相當(dāng)于小震作用下的1/555，文獻(xiàn)［2］限值為1/1 000。圖3?中文獻(xiàn)［1］最大層間位移角為1/340，滿足要求。文獻(xiàn)［2］最大層間位移角為1/835，未能滿足要求，但已通過專家論證認(rèn)可，設(shè)防列度較高地區(qū)文獻(xiàn)［2］層間位移角限值或偏于嚴(yán)格［8］。

⑷文獻(xiàn)［2］采用多遇地震作用計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力，地震作用取值小，調(diào)整系數(shù)多，結(jié)構(gòu)內(nèi)力不真實(shí)，普通高層結(jié)構(gòu)和超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不統(tǒng)一，超限高層結(jié)構(gòu)需小、中震包絡(luò)設(shè)計(jì)［9］。文獻(xiàn)［1］采用設(shè)防烈度地震進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算，承載力利用系數(shù)和構(gòu)件重要性系數(shù)的不同取值更能保證“強(qiáng)柱（墻）弱梁、強(qiáng)剪弱彎”的抗震設(shè)計(jì)原則的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)方法概念清晰、連貫、原則統(tǒng)一，方便設(shè)計(jì)人員對結(jié)構(gòu)總體及關(guān)鍵構(gòu)件安全度的直觀把控［6］。

3.3 文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］風(fēng)荷載作用下計(jì)算結(jié)果對比

具體對比結(jié)果如表4所示。

表4 風(fēng)荷載作用主要計(jì)算結(jié)果對比Tab.4 Comparison of Main Calculation Results of Wind Load Action

表4說明風(fēng)荷載作用下文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］結(jié)果基本相同，僅層間位移角和頂點(diǎn)位移略有差別，文獻(xiàn)［1］頂點(diǎn)位移與結(jié)構(gòu)總高度之比為1/1 046 能滿足1/600限值要求。文獻(xiàn)［2］最大層間位移角為1/836，大于1/1 000的限值要求，也已通過專家論證認(rèn)可。

4 結(jié)構(gòu)含鋼量和混凝土用量

⑴根據(jù)計(jì)算軟件統(tǒng)計(jì)出結(jié)構(gòu)的含鋼量和混凝土用量，如表5所示。

表5 含鋼量和混凝土用量對比Tab.5 Comparison of Steel Content and Concrete Consumption

⑵文獻(xiàn)［1］采用中震設(shè)計(jì)，在地震作用下豎向構(gòu)件承載力驗(yàn)算要求比文獻(xiàn)［2］嚴(yán)格，中震性能水準(zhǔn)3水平構(gòu)件考慮地震力折減系數(shù)0.85 和構(gòu)件重要性系數(shù)0.55，折減幅度較大，中梁剛度放大系數(shù)取1.3，邊梁剛度放大系數(shù)取1.15，小于文獻(xiàn)［2］的2.0 和1.5，連梁剛度折減系數(shù)取0.25，小于文獻(xiàn)［2］小震的0.65、中震的0.50，表5 中結(jié)果表明文獻(xiàn)［1］的豎向構(gòu)件含鋼量比文獻(xiàn)［2］的略高，水平構(gòu)件含鋼量比文獻(xiàn)［2］的略低，總體含鋼量兩者均在合理范圍且相差僅0.50%。

5 動(dòng)力彈塑性分析

按文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］各自的計(jì)算配筋結(jié)果、相同的地震波（2 組天然波和1 組人工波）輸入，采用PERFORM-3D 及PBSD 軟件根據(jù)《建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)規(guī)程：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-151—2019》［10］進(jìn)行大震作用下結(jié)構(gòu)變形和構(gòu)件性能指標(biāo)復(fù)核。

⑴大震作用下結(jié)構(gòu)宏觀響應(yīng)如表6所示。

表6 大震作用下的結(jié)構(gòu)宏觀響應(yīng)對比Tab.6 Comparison of Macroscopical Responses of Structures under Rare Earthquakes

⑵大震下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能評估結(jié)果如圖4所示。

圖4 剪力墻正截面、斜截面驗(yàn)算Fig.4 Checking Calculation of Normal Section and Oblique Section of Shear Wall

⑶文獻(xiàn)［1］水平地震影響系數(shù)最大值αmax考慮場地類別的影響，大震作用下取0.79，特征周期Tg取0.70，均大于文獻(xiàn)［2］，但考慮地震力折減c取0.70，水平構(gòu)件重要性系數(shù)η取0.55，動(dòng)力彈塑性分析結(jié)果兩者整體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和構(gòu)件內(nèi)力相近，文獻(xiàn)［1］的略大。大震作用下結(jié)構(gòu)正截面按變形復(fù)核，斜截面按承載力復(fù)核［10］。第4性能水準(zhǔn)構(gòu)件受剪截面驗(yàn)算文獻(xiàn)［2］按VGE+≤0.15fckbh0，文獻(xiàn)［1］按VGE+≤ξ fckbh0，其中豎向構(gòu)件η=1.0、水平構(gòu)件h=0.55，c=0.70，ξ=0.165，文獻(xiàn)［1］剪壓比適當(dāng)放松。

⑷大震作用下動(dòng)力彈塑性分析結(jié)果文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］整體上均能滿足各自規(guī)定的性能水準(zhǔn)4要求。基底剪力約為中震反應(yīng)譜的1.9倍，符合工程經(jīng)驗(yàn)。

圖4顯示剪力墻正截面驗(yàn)算兩者均不超過輕微損壞，斜截面驗(yàn)算基本在抗剪不屈服（抗剪水準(zhǔn)3）以內(nèi)，文獻(xiàn)［2］有0.15%剪力墻墻肢剪壓比略大于0.15，屬截面超限，若按文獻(xiàn)［2］設(shè)計(jì)需做加強(qiáng)措施。

連梁正截面驗(yàn)算文獻(xiàn)［1］無損壞～輕度損壞占比79.73%，中度～嚴(yán)重?fù)p壞占比19.75%，失效占比0.52%，文獻(xiàn)2無損壞～輕度損壞占比83.93%，中度～嚴(yán)重?fù)p壞占比15.55%，失效占比0.52%；斜截面驗(yàn)算文獻(xiàn)［1］抗剪水準(zhǔn)1～3 占比93.97%，抗剪水準(zhǔn)4～5 占比6.03%，文獻(xiàn)［2］抗剪不屈服以下占比91.68%，截面超限占比1.66%。框架梁正截面驗(yàn)算文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］無損壞～輕度損壞占比均為100%；斜截面驗(yàn)算文獻(xiàn)［1］抗剪水準(zhǔn)1～3 占比95.87%，抗剪水準(zhǔn)4～5 占比4.13%，文獻(xiàn)［2］抗剪彈性和抗剪不屈服占比共95.20%，截面超限占比0.28%。

總體上文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)都具備足夠安全度經(jīng)受大震考驗(yàn)。文獻(xiàn)［1］水平構(gòu)件彈塑性耗能占比、連梁和框架梁損壞程度均高于文獻(xiàn)［2］，水平構(gòu)件大震彈塑性開展更加充分，耗能機(jī)制合理，體現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則。

6 靜力彈塑性分析

⑴分別按文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］兩個(gè)分析模型各自的計(jì)算配筋結(jié)果輸入，采用規(guī)定水平力荷載形式進(jìn)行靜力彈塑性推覆分析，其能力曲線對比如圖5所示。

圖5 Y向靜力推覆能力曲線對比Fig.5 Comparison of Static Pushing Capacity Curve

⑵大震作用下靜力推覆分析結(jié)果整體指標(biāo)均能滿足相關(guān)規(guī)范要求，圖5 表明文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］Y向能力曲線接近，文獻(xiàn)［1］性能略優(yōu)。

7 結(jié)語

⑴文獻(xiàn)［1］采用“二階段、二水準(zhǔn)”的抗震性能設(shè)計(jì)方法，雖與文獻(xiàn)［2］不同，但上述工程實(shí)例的應(yīng)用對比表明兩者設(shè)計(jì)結(jié)果相近，結(jié)構(gòu)抗震安全性均有保障，7度（0.15g）抗震設(shè)防區(qū)采用文獻(xiàn)［1］是合理的。

⑵文獻(xiàn)［1］抗震設(shè)計(jì)時(shí)梁剛度放大系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)相對文獻(xiàn)［2］調(diào)低，同時(shí)考慮水平構(gòu)件重要性系數(shù)η取值0.5～0.7，計(jì)算結(jié)果水平構(gòu)件縱筋相對小，大震作用下連梁、框架梁先行進(jìn)入彈塑性，為主要耗能構(gòu)件，有效保證“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則的實(shí)現(xiàn)。