梁宇1 李自强2
中国电建昆明勘测设计研究院有限公司1昆明 650000
贵州省铜仁公路勘察设计院2，贵州 铜仁 554300
摘要：大型商业建筑分区之间的连接通道，通常采用大跨钢结构进行柔性连接。本文介绍了昆明某高层商业楼的抗震设计。研究主要对比两种结构形式情况：一为连廊与四个商业区刚性连接的结构形式，二为连廊与四个商业区柔性连接的结构形式。综合建筑功能要求和经济性，本工程采用了刚性连接的结构形式。设计采用多种软件对结构进行了小震反应谱分析、弹性动力时程分析、静力弹塑性分析，表明结构体系满足抗震设计要求。对于刚性连接后结构存在的薄弱部位构件，对连廊及其相连构件进行中震设计，设定性能目标，并采取相应的加强措施，保证了结构具有较好的抗震性能，供类似工程参考。
关键词：高层抗震 大型商业建筑 弹性动力时程分析 中震弹性验算
Seismic design of a high-rise commercial building in Kunming
Liang yu1 Li Zi-qiang2
Abstract: Generally, the channel between partitions of large commercial building be connected by using large-span steel structure flexiblebly. This paper introduces an seismic design for a high-rise commercial buildings in kunming. Mainly, this research contrasts two kinds of structure forms: one for the structure of the nest connects with the four commercial building partitions rigidly, and secondly, the structure of the nest connects with commercial building partitions flexiblebly. Considering the functional requirements and economy of building synthetically, this project adopts of rigid connection for the structure. This design uses a variety of software to analyze the small earthquake response spectrum, the dynamic elastic time history and the static elastic-plastic of the structure. It indicates that structural system conform to the requirements of seismic design. For the existing weak parts of the structure in the rigid connection, conduct seismic design for the nest and the connected component, set performance goals, and take the corresponding strengthening measures, to ensure the structure have better seismic performances, which is the reference for similar projects.
Key words:High-level earthquake, large-scale commercial building, elastic time-history dynamic analysis, elastic calculation in the middle seism
1工程概况
项目位于昆明市西山区环城南路与南坝路交叉口南侧，属于昆明城中村重点改造工程，此片区是昆明市以商务、商业展示为主要功能的城市综合商业地区，次CBD地区，是昆明面向东南亚、南亚、全云南省及周边省份的重要商贸中心。由6层商业楼和四栋高层建筑及地下部分组成，本文介绍的商业楼，纵向长192m，横向长165米，地上六层地下四层，建筑高度32.760m，建筑功能均为商业，建筑面积140170 平方米，属于重点设防类（乙类）建筑。采用钢筋混凝土框架结构体系。按建筑功能划分为A、B、C、D四个商业区，分别由跨度21.6米是多个单跨连廊连接而成。
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2结构布置与选型
本工程采取框架结构，针对连廊连接问题，采取两种结构形式进行对比：一为连廊与A、B、C、D四个商业区刚性连接的结构形式，二为连廊与四个商业区柔性连接的结构形式。
2.1刚性连接
连廊与商业区为一个计算单元，优点是增加结构的整体刚度，缺点是造成了楼板开洞以及局部的凹凸不规则。
2.2柔性连接
在A、B、C、D区与连梁连接处设置摩擦复摆支座，形成柔性连接，使本工程形成若干独立计算单元。优点是减少了结构的不规则性，缺点是结构断面过大，经济性不足，以及连廊处理措施上会减小连廊净高，从而影响建筑的功能使用。
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综合建筑的功能要求以及经济合理性采用刚性连接。
3.结构设计与分析
本工程按照规范规定采用三水准、两阶段对主体结构进行抗震计算分析。
3.1多遇地震下的弹性分析
采用SATWE和PMSAP两种不同力学模型的计算软件对比分析。计算地震作用时采用振型分解反应谱法，计算振型数为18，对模型大开洞附近的楼板采用弹性膜单元假定，并且在地震作用时考虑偶然偏心影响。
计算结果表明两种软件的主要结果及各项指标都很接近，最大层间位移角输出结果SATWE：X向最大层间位移角为1/551；Y向最大层间位移角为1/565。PMSAP：X向最大层间位移角为1/577；Y向最大层间位移角为1/583。底层剪力及剪重比输出结果SATWE：X向剪力177536kN，剪重比9.90%，Y向剪力179807kN，剪重比10.03%。PMSAP：X向剪力170533kN，剪重比10.35%，Y向剪力173680kN，剪重比10.54% ，均能满足《抗规》的要求。误差均在容许的范围内。说明该设计是能够满足计算精度和规范要求的。
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3.2多遇地震作用下的弹性动力时程分析
弹性动力时程分析法是由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分，求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法，也为国际通用的动力分析方法。本工程用以补充计算。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5条规定，本工程选择3组加速度时程曲线，其中2组为实际地震记录，1组为人工模拟的加速度时程曲线。计算时多遇地震下的地震加速度的最大值是小震70cm/s2。
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从以上对比表中可以看出，每条时程曲线计算所得结构底部剪力均不小于阵型分解反应谱法计算结果的65%，且结构底部剪力的平均值不小于阵型分解反应谱法计算结果的80%，计算结果满足规范要求。并且3条波的地震效应均小于CQC的计算结果。时程分析结果显示结构选型合理，没有出现明显薄弱层。
3.3设防地震烈度（中震）下开洞面积较大楼层楼板主拉应力验算
楼板是水平抗侧力构件的重要组成部分，在承受和传递竖向力的同时把水平地震力传递和分配给竖向抗侧力构件，同时协调同一楼层中竖向构件的变形，使建筑物形成一个完整的抗侧力体系。
本工程结构主体部分，结构楼板开洞面积较大，存在楼板连接薄弱部位，为保证水平地震作用下楼层地震剪力能有效传递，对此部位各层楼板进行了中震下楼板拉应力验算，仅列出x、y向最大应力结果，详下图 x向最大楼板主应力为1.32Mpa，y向最大楼板主应力为1.549Mpa。
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本工程主体结构各层楼板的混凝土强度等级为C40，其混凝土抗拉强度标准值ftk=2.39Mpa，上述水平中震地震工况作用下楼板截面主拉应力基本小于该层楼板混凝土抗拉强度标准值。局部主体结构洞口周边楼板主拉应力超过混凝土抗拉强度标准值，成为结构薄弱部位；该部位楼板设计时现采用加大楼板厚度至200mm，按楼板截面主拉应力标准值进行配筋，钢筋采用双层双向贯通布置，进而保证水平地震作用下楼层地震剪力能有效传递，进而确保此结构薄弱部位在地震作用下的抗震承载能力，基本满足中震弹性设计要求。
3.4大跨连廊中震验算
螺蛳湾商业裙房由A、B、C、D四个商业区域由连廊连接，故连廊的安全性能直接影响到整体结构的安全性，针对连廊可能出现的薄弱问题，对其进行了中震弹性和中震不屈服验算。下面以~轴连廊为例，展示配筋结果：
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图12：中震弹性下配筋结果
通过计算对比配筋文件，为保证连廊在地震中不率先破坏，连廊部分采取包络设计，即大跨的框架梁采取中震不屈服设计，柱子采取中震弹性设计，满足连廊的安全性能。
3.5罕遇地震作用下结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算
静力弹塑性分析（PUSH-OVER ANALYSIS）方法也称为推覆法，它基于FEMA-273抗震评估方法和ATC-40报告，是一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法，其理论核心是“目标位移法”和“承载力谱法”，其基本做法是在结构上施加竖向静载和活载并保持不变，同时施加沿高度分布的水平荷载，随着水平作用的不断增加，结构构件逐渐进入塑性状态，结构的梁、柱出现塑性铰，最终达到结构的侧向破坏。是目前高层结构抗震性能分析中采用的主要分析方法。
本工程各结构单元的抗震设防类别为重点设防类（乙类），考虑到该类建筑的结构重要性，按照规范中对抗震设防第二阶段的设计要求，对主体结构补充罕遇地震作用下结构弹塑性层间变形验算。计算结果表明各主体结构弹塑性层间位移角均小于1/50，满足规范对框架结构的设计要求，保证了抗震第三水准烈度下大震不倒的抗震设防目标。
各主体结构采用静力弹塑性分析方法推覆后其能力谱曲线、需求谱曲线及性能点处位移详见如下输出结果图形：
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4抗震加强措施
本工程建筑抗震设防分类为重点设防类，设计严格按照现行标准、规范及规程加强抗震措施，具体的抗震措施如下:
1、连廊楼板设计时现采用加大楼板厚度至200mm，按楼板截面主拉应力标准值进行配筋，钢筋采用双层双向贯通布置，进而保证水平地震作用下楼层地震剪力能有效传递，进而确保此结构薄弱部位在地震作用下的抗震承载能力。结构上连廊采用型钢混凝土结构，包络设计，即连廊部分梁采用中震不屈服设计，柱子采用中震弹性设计，满足连廊的安全性能。
2、合理控制结构构件的断面尺寸及钢筋设置，满足结构的强柱弱梁、强剪弱弯要求，以及避免混凝土的压溃先于钢筋的屈服。
3、楼梯间四角框架柱提高配筋率及箍筋进行全长加密。填充墙采取设置通长墙体拉结筋等抗震构造措施进行加强。楼梯采用滑动支座减少对整体的影响。
5结论
本工程根据建筑功能要求，连廊与主体的连接采用刚性连接，对其抗震设计进行计算分析，在多遇地震作用下结构的周期比、位移角等指标均符合现行规范的相关要求；在设防烈度地震作用下满足重要构件不屈服的抗震目标；罕遇地震作用下能满足变形要求、重要构件不发生严重损坏的要求，因此，本工程结构选型、布置及各项抗震加强措施是合理有效的，基本保证了结构具有较好的抗震性能，满足抗震设计的要求。
参考文献
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构设计规程. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]GB 50011-2010 建筑抗震设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
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[5]聂祺、唐曹明、杨韬，某大跨度双塔连体高层结构抗震优化设计[J].四川建筑科学研究，2015.