某大底盘多塔超限结构抗震分析与研究

某大底盘多塔超限结构抗震分析与研究

瞿春霞

(杭州新汇东置业有限公司，杭州310000)

摘要：某大底盘多塔结构存在多项不规则，属于超限高层建筑。对此，进行了两种模型计算分析，采用抗震性能化设计方法，并采取多项抗震加强措施，使其具有良好的抗震性能。

关键字：大底盘多塔，超限结构，抗震性能目标，弹性时程分析，动力弹塑性分析

SeismicAnalysis and Research of a Large Chassis Multi-tower Over-limit Structure

QU Chunxia

(Hangzhou Xinhuidong Real Estate Co., Ltd , Hangzhou 310000,China)

Abstract: The large chassis multi-tower structure has multiple irregularities, so it’s an over-limit high-rise building. Two models were used for calculation and analysis, and a performance-based seismic design method was adopted. Multiple seismic strengthening measures were taken to enhance its seismic performance.

Keywords: large chassis multi-tower structure, over-limit structure, seismic performance targets, elastic time history analysis, dynamic elastic-plastic analysis

1.工程概况

本工程位于浙江省杭州市，上部共有七栋塔楼，其中三栋主塔楼的底部通过商业裙房相连，形成大底盘多塔结构。抗震缝的平面和剖面示意图如下所示。

图1 本工程结构分缝平面示意图

图2 本工程结构单体及建筑功能划分示意图

本工程位于抗震设防7度区，三栋塔楼及商业裙房为大型商业建筑，抗震设防类别为乙类，其中两栋建筑高度为80m，一栋为60m，均为框架核心筒结构，底部四层与裙房连为整体。

2.结构超限情况

（1）高度

框架核心筒结构在7度区的最大适用高度为A级最大130m，B级180m。本工程三栋塔楼高度均小于A级高度限制的结构，高度不超限。

（2）结构规则性判断

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要求》，本工程存在下表2.1所述结构不规则项，不存在结构特别不规则项。

表2.1结构不规则检查

注：①考虑±5%偶然偏心的水平地震下，裙房以上各塔楼部分楼层扭转位移比大于1.2但不超过1.5。裙房范围由于凹凸及开洞的原因，个别楼层扭转位移比超1.2，但均小于规范限值1.5。

②裙房平面存在凹凸不规则。

③裙房顶层楼板存在较大的凹入和大面积洞口，存在楼板不连续。

④60m塔楼第五层与上一层侧移刚度90%、110%和150%比值小于1，存在刚度突变。三栋塔楼通过底部四层裙房连为整体，构成大底盘多塔结构，大底盘高度超过塔楼结构高度的20%且收进大于25%。60m塔楼十三层相对下部标准层存在东西向收进，收进30%大于规范规定的25%，存在尺寸突变。

⑤三栋塔楼在局部楼层存在局部穿层柱。

由表11.4可知，上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离并没有超过大地盘相应边长的20%，满足规范要求。

结论：根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要求》，综合不规则检查结果及结构高度超限情况，本项目三栋塔楼及裙房组成的大底盘多塔结构为超限高层建筑。

3.结构计算及分析

3.1弹性分析（小震）

本项目采用YJK为主要计算软件，并用Etabs进行了复核计算，结构计算模型如图3所示。

图3 结构计算模型（YJK）

经过计算分析，两个模型各项指标基本一致：

1)各单塔模型和多塔整体模型中风荷载作用下基底剪力和倾覆力矩均小于小震作用下的基底剪力和倾覆力矩，地震组合工况为本结构的荷载控制荷载工况。

2)结构抗倾覆力矩大于地震作用和风荷载作用下倾覆力矩10倍以上；结构刚重比满足要求。

3)整体指标分析表明，本结构具有合理的刚度，满足各种荷载工况下的位移角限值要求。

4)各塔楼竖向构件最大的水平位移比和层间位移比个别楼层超过1.2倍，但均不大于1.5。

5)结构刚度比大部分楼层满足规范限值要求，仅60m塔楼第五层Y向存在刚度比小于1.0的情况，其值为0.9，该楼层地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数进行调整。不存在明显薄弱层，抗剪承载力比值均满足规范要求。

6)地震作用下，单塔模型塔楼剪重比均满足最小剪力系数要求。

7)三栋塔楼在地震作用下，外框部分分担的地震剪力的标准值的最大值，大于结构底部总剪力标准值的10%，对楼层剪力不满足底部剪力20%的楼层，应按结构底部总剪力的20%和框架部分楼层地震剪力标准值中最大值的1.5倍二者的较小值进行调整。

8)规定水平力作用下，三栋塔楼的底层外框倾覆力矩的占比均介于10%~50%之间，按照框架—剪力墙结构设计。

9)小震弹性时程分析计算表明，层间位移角等各项指标均满足规范要求。大部分楼层时程法分析结果与振型分解反应谱法计算结果相当，部分楼层时程法平均值大于反应谱法。设计时根据时程分析结果对相应楼层剪力进行调整。

3.2抗震性能化设计

本工程抗震设计，在满足国家、地方规范的同时，根据性能化抗震设计的概念，针对结构超限情况，综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，抗震性能目标设定为D级。同时，由于针对本工程自身特点，将体型收进楼层（裙房屋面）上下各二层的剪力墙和外框柱、裙房内转换构件，提出了高于D低于C即“D+”的性能目标要求。本工程拟采用的不同地震烈度水准下的具体性能设计指标如下表3.2.1，性能目标设计参数详见下表3.2.2。

表3.2.1结构抗震性能目标

注：①大跨框架梁指跨度大于18m框架梁。

表3.2.2性能目标设计参数汇总

经验算，本工程所有构件均能满足上表3.2.1所述性能目标。

3.3罕遇地震动力弹塑性分析

利用Y-Paco软件对本项目进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，选取5组天然波和2组人工波，规范谱与反应谱对比如下图4所示，可见各组时程曲线的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

图4 规范谱与反应谱对比图

相对弹性分析结果，考虑弹塑性刚度退化后，每组波地震剪力均有一定程度的降低，弹塑性总地震力与弹性结果比值的平均值在X、Y两个方向分别为0.65和0.69。各塔楼在X、Y方向的7组地震波作用下最大层间位移角的平均值均满足规范层间位移角≤1/100的限值要求。因此结构满足“大震不倒”的抗震设防目标。

3.4超限结构抗震加强措施

1)大底盘裙房的楼盖起着协同各塔楼共同工作的作用，由于各塔楼之间的相互作用，大底盘裙房将产生较大的内力和变形，因此应加强其与各塔楼之间的连接构造。

2)大底盘高度超过房屋高度的20%，考虑对体型收进部位上下各2层塔楼周边竖向构件抗震等级提高一级。

3)针对裙房屋面板进行小震、中震下的楼板应力分析，找出结构有可能出现的薄弱部位以及需要加强的关键部位。

4)针对超长结构，对裙房屋面板进行温度应力分析，重点分析降温工况。在适当位置设置伸缩后浇带或膨胀加强带，以减小混凝土的收缩变形对结构的影响；加大楼板纵向分布筋，适当加强纵向梁的纵向钢筋，以控制结构的温度应力。

5)裙房范围，楼板平面开大洞的情况，洞口周边设钢筋混凝土梁，并加强洞口周围楼板的厚度和配筋，对由于楼面开洞形成的狭长板带传递水平力时，周边梁的拉通钢筋及腰筋予以加强，并可靠锚固。加大边榀框架梁高度，提高抗扭转。裙房存在斜交框架，大底盘计算自动计算最不利角度并增设30度、60度地震作用计算。

6)裙房屋面室内外高差处采用加腋处理，确保水平力可靠传递。

7)地下室顶板作为嵌固层，存在高差的部位，高差大于0.6m时，相应框架柱箍筋全高加密。

8)约束边缘构件的设置范围延伸到大底盘以上一层，加强此区域剪力墙的延性，保证塔楼与底盘整体工作。

9)针对跃层柱应满足中震部分抗弯屈服，抗剪不屈服要求，其配筋不宜小于与其相邻的一般框架柱，并对跃层柱上下端楼板进行加强。在计算软件中设置合理的计算长度系数，确保跃层柱稳定性。

综上所述，大底盘多塔结构的整体加强措施示意图如下图所示：

图4 多塔结构加强示意图

4.结论

本工程属于大型商业综合体项目，为满足建筑功能需求及无缝城市宣传卖点，导致出现大底盘多塔、楼板不连续及跃层柱等情况。经采用YJK和Etabs分别计算，并对两种软件计算结果进行对比，保证了结构力学模型的准确性。针对地上整体多塔复杂结构，进行弹性时程和弹塑性时程分析，并对超限情况采取了多项抗震加强措施，使其具有良好的抗震性能，满足规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

参 考 文 献

[1]  国家标准，GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2]  国家标准，GB5009-2010，建筑抗震规范[S].

[3]  国家标准，JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4]  超限高层建筑工程抗震设防专项审查要点[S].

[5]  武莲霞. 上海某信息中心大楼大底盘多塔结构抗震设计[J].建筑结构,2020,50(S1):468-472.