某上蓋車輛基地項目全框支剪力墻結構設計

朱一凡

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

1 工程概況

杭州地鐵機場軌道快線工程倉前車輛段上蓋開發面積476 439 m2，總建筑面積937 103 m2。上蓋建筑主要為小高層住宅。上蓋平臺南北向約1 700 m，東西向約380 m。通過設置抗震縫將整個平臺分為41 個獨立的抗震單元。本文選擇B5區塊作為典型單元進行分析。

2 結構設計方案

2.1 上部結構設計方案

B5 區塊結構長115 m，寬110 m，受地鐵股道和列車檢修工藝的制約，首層采用框架結構，層高為11.0 m，其中，垂軌向柱網典型跨度為12.6 m，順軌向柱網典型跨度為9.0 m；2 層為上蓋住宅用汽車停車庫，結構層高6.0 m，柱網同首層；3 層及以上為4 幢11 層住宅，其中第三層結構層高5.55 m，4～11 層結構層高2.9 m，采用剪力墻結構；結構總高度為49.55 m。

由于上下建筑、工藝功能的差異使得結構豎向構件難以連續貫通，因此，需在2 層頂部布置水平轉換構件。轉換形式為底部框架+梁式轉換+上部剪力墻，首層～3 層模型軸測圖如圖1 所示。

圖1 首層～3 層模型軸測圖

B5 區首層至3 層結構詳細信息見表1。

表1 結構層信息

對于多塔結構，應按整體模型和分塔模型分別計算，并采用較不利的結果進行結構設計?？紤]到B5 區4 幢住宅塔樓結構布置基本相同，便以其中1#住宅塔樓為例，進行分塔模型的分析。

2.2 設計參數

本項目為全框支剪力墻結構，設計工作年限50 年，抗震設防烈度為6 度，基礎及首層蓋板抗震設防分類為乙類，其余為丙類，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類?？拐鸬燃墸菏讓?、2 層塔樓下轉換框架柱及塔樓外兩跨內的框架柱抗震等級為一級，其他框架柱為二級；2 層頂轉換框架梁抗震等級為一級；3 層以上剪力墻，底部加強區為二級，其余為三級。

2.3 超限情況判定

根據 《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（建質[2015]67 號），對本項目的結構超限類型和超限程度進行判[1]。判斷如下：

1）扭轉不規則：考慮偶然偏心的樓層位移比最大值為1.29，屬于一般不規則項；

2）剛度突變：首層側向剛度僅為2 層側向剛度的68%，屬于一般不規則項；

3）構件間斷：在2 層頂進行豎向構件的轉換，屬于一般不規則項；

4）塔樓偏置：大底盤存在塔樓偏置情況，屬于嚴重不規則項；

5）特殊類型高層建筑：全框支剪力墻結構屬于抗震規范、高層混凝土結構規程暫未列入的其他高層建筑結構[2，3]。

因此，本結構屬于特別不規則的超限高層建筑工程。

2.4 結構抗震性能目標

本工程從高度上屬A 級高度小高層建筑，但不規則項較多且屬于特殊類型高層建筑，因而設定本結構整體抗震性能目標為C 級，即多遇地震下抗震性能水準為1，設防地震下抗震性能水準為3，罕遇地震下抗震性能水準為4。其中，首層及2 層的轉換柱及轉換梁要求在小震及中震情況下彈性，大震情況下抗剪彈性、抗彎不屈服。

3 整體計算分析

3.1 多遇地震反應譜分析

采用PKPM（PMSAP）與Midas/Gen 兩個軟件對分塔模型進行小震反應譜分析，兩種軟件計算結果基本一致。單塔模型計算結果表明，分塔結構的各項整體指標，如周期比、有效質量系數、層間位移角、剪重比、剛度比、受剪承載力比、位移比等，均滿足規范要求，小震下單塔計算結果對比見表2。

表2 小震下單塔計算結果對比

3.2 設防地震下構件驗算

本工程中震水平地震影響系數最大值取0.12，特征周期取0.45 s，結構阻尼比取0.06，周期折減系數取0.95。對于首層、2 層轉換柱在中震下抗剪、抗彎，按滿足彈性設計的要求進行驗算；對于3 層、4 層豎向構件（底部加強區）在中震下按滿足抗剪彈性、抗彎不屈服設計的要求進行驗算；對于首層、2 層普通框架柱，以及5 層及以上豎向構件在中震下按滿足抗剪彈性、抗彎不屈服設計的要求進行驗算。根據驗算結果可知，各構件滿足以上性能要求。

3.3 罕遇地震作用下的動力彈塑性分析

采用PKPM-SAUSAGE 軟件對本結構進行了罕遇地震下的彈塑性動力時程分析。本工程選取2 條天然波及1 條人工波進行結構的罕遇地震彈塑性時程分析，采用雙向地震波輸入，主次方向地震波峰值比為1∶0.85，地震波持續時間不小于結構第一周期的5～10 倍，主方向地震波峰值為125 cm/s2。

3 條地震波作用下，結構的最大層間彈塑性位移角X 向為1/240，Y 向為1/291，滿足規范限值1/120。結構主承重墻及框架柱基本沒有出現損傷，僅局部出現了輕微損傷，可滿足關鍵構件及普通豎向構件的性能目標；連梁出現了一部分損壞，起到了耗能效果，滿足耗能構件的性能目標。1～4 層大震下構件性能計算結果如圖2 所示。

圖2 1～4 層大震下構件性能計算結果

3.4 轉換框架的有限元分析

采用Midas/FEA 軟件對型鋼混凝土轉換梁柱進行有限元分析。

計算選取了塔樓下2 層典型跨進行建模，將型鋼與混凝土分別建入模型。其中，轉換柱雙向工字鋼鋼骨高1.3 m，翼緣寬0.5 m，鋼材板厚40 mm；轉換主梁工字鋼鋼骨高1.7 m，翼緣寬0.3 m，鋼材板厚40 mm；轉換次梁工字鋼鋼骨高1.3 m，翼緣寬0.3 m，鋼材板厚40 mm。

剪力墻底荷載采用大震工況下的最大彎矩及最大軸力，同時將樓板傳遞來的荷載用等效均布力施加在梁頂的3D 單元網格面上。轉換框架有限元計算模型如圖3 所示。

圖3 轉換框架有限元計算模型

根據有限元計算結果，大震工況下，轉換梁最大撓度為5.63 mm，梁、柱型鋼的Von Mises 最大應力為86.3 MPa，計算結果如圖4 所示。轉換梁及轉換柱滿足大震彈性的性能目標。

圖4 型鋼Von Mi ses 應力（單位：N/mm2）

4 結語

以杭州地鐵機場軌道快線倉前車輛基地上蓋項目為工程背景，針對超限情況，設定本結構整體抗震性能目標為C 級。罕遇地震工況下,最大層間位移角滿足規范限值1/120，同時關鍵構件可滿足性能要求。罕遇地震工況下，轉換梁及轉換柱承受較大的彎矩及軸力，為滿足大震彈性的性能目標，結構方案采用型鋼混凝土梁及型鋼混凝土柱是合理的。