山东外经大厦结构设计

张宏伟 周东明 邢 星

(青岛腾远设计事务所有限公司，山东青岛 266071)

1 工程概况

山东外经大厦位于崂山区李山东路与同安路交汇处，总建筑面积62 209 m2。该项目在地下室连成一体，在地上通过设置防震缝及滑动支座分为三个独立的结构单元(见图1):办公楼、酒店、独立裙房。办公楼与酒店在11层及12层通过连廊连接。

图1 山东外经大厦平面图

该工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0．05g，水平地震影响系数最大值为0．04，建筑场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，场地特征周期取0．4 s。

青岛地区50年一遇基本风压为0．6 kN/m2，地面粗糙度按C类考虑;风荷载体形系数取1．4。

2 地基及基础

本工程以中风化花岗岩为基础持力层，地基承载力特征值为fak=2 000 kPa，塔楼电梯楼梯筒下采用筏板基础，塔楼框架柱下采用独立基础+防水板，塔楼剪力墙下采用条形基础;主楼以外基础采用独立基础+防水板的形式。塔楼范围防水板采用STRAT软件计算，根据有限元分析结果配筋。

主楼以外区域抗浮验算不满足规范要求，设置了抗浮锚杆。抗浮锚杆在主楼范围外及裙楼柱轴力影响范围外均匀设置，间距2．7 m，锚杆孔径150 mm，锚筋为2φ25，锚杆入岩深度3 m。

3 结构分析

办公楼和酒店楼均采用框架剪力墙结构，其标准层平面布置及相对关系如图2所示。

结构分析时，分别建立单体结构模型计算:办公楼与连廊一起建入模型，在与酒店相连位置输入弹性支座，按计算所得弹性刚度定义支座刚度;酒店单独建立模型，在与连廊相连位置输入连廊传来竖向荷载。分别采用SETWE，ETABS软件进行计算，其计算结果相近，满足规范要求。分析结果如下:

1)采用SETWE，ETABS刚性楼板假定所计算的自振周期接近，见表1。

表1 自振周期计算结果

2)采用SETWE，ETABS刚性楼板假定所计算的位移角及位移比见表2。

表2 位移角及位移比计算结果

3)用PUSHOVER进行了静力弹塑性分析。

以办公楼为例，通过推覆分析，得到了办公楼的能力曲线见图3，我们看到结构在罕遇地震作用下能力曲线均能穿越需求谱曲线，在X向和Y向，性能点对应结构层间位移角分别为1/283，1/330，满足规范要求;结构能力曲线光滑饱满未出现下降段，可以看出结构具有较好的延性，在大震作用下，抗震性能满足要求。

在推覆过程中，梁端较快出现塑性状态，底部加强区局部连梁及剪力墙开裂，表明需对底层剪力墙采取加强措施，提高其抗震性能。

4)用EPDA进行了动力弹塑性分析，得到了罕遇地震下位移角及在地震下局部楼层的最大位移。

罕遇地震作用下办公楼及酒店楼X向、Y向最大位移角曲线见图4，图5;由图4，图5看出，规范规定:在罕遇地震作用下，框架—剪力墙弹塑性位移角应小于1/100。根据EPDA的分析结果可知，满足规范要求，能够保证“大震不倒”的设防目标。

图3 办公楼能力曲线

图4 罕遇地震下办公楼不同方向最大位移角曲线

图5 罕遇地震下酒店楼不同方向最大位移角曲线

4 防震缝及滑动支座设计

办公楼与酒店在11层、12层平面以连廊相接，为降低连体结构自重，连廊采用钢结构，连廊围护结构采用玻璃幕墙;连廊在酒店一侧设置滑动支座，与办公楼一侧用铰接连接。

4．1 按相关规范规程估算确定防震缝宽度

1)按JGJ 3-2002高规第4．3．10条规定计算，防震缝宽度为140 mm。

2)由于国内规范未给出连体结构防震缝在罕遇地震作用下的具体计算方法，参考IBC2003中第1620．4．5款中提供的方法确定防震缝宽度[3］:小震下办公楼12层在沿连廊跨度方向的最大位移:Δ1E=10．95 mm。小震下酒店楼12层在沿连廊跨度方向的最大位移:Δ2E=12．54 mm。

根据如下公式估算:

其中，Δ1为大震作用下办公楼的最大位移;Δ2为大震作用下酒店楼的最大位移。

系数2为考虑罕遇地震作用下结构进入弹塑性阶段后弹性刚度退化影响，β为大震与小震作用之比。

4．2 EPDA进行了动力弹塑性分析，估算防震缝宽度

用EPDA进行了动力弹塑性分析，在罕遇地震作用下，求得办公楼12层的最大位移为96．8 mm;在罕遇地震作用下，求得酒店楼12层的最大位移为125．2 mm。由于最大位移为沿连廊跨度方向和垂直于连廊跨度方向位移的矢量和，偏保守的取沿连廊跨度方向的位移为最大位移。得出滑动支座最大位移量为S=96．8+

125．2=222 mm。

4．3 结论及滑动支座设计

综合以上分析，取位移量为233 mm，取防震缝宽度为250 mm。采用聚四氟乙烯滑板式橡胶支座见图6。

图6 连廊与酒店楼侧连接示意图

5 底层层高变化较大

由于建筑功能需要，办公楼及酒店楼首层及二层层高分别为5．7 m，7 m，以上标准层层高3．5 m，层高相差较多，经调整剪力墙布置及增加下部补偿剪力墙后，满足了规范刚度比的要求，避免因刚度突变出现竖向不规则。

基于抗震设防性能抗震设计理念，对首层及二层框架柱及剪力墙按中震弹性进行了设计，地震影响系数取0．11，抗震等级为四级。对底部两层竖向构件采用包络设计法，取中震弹性及多遇地震计算配筋的较大值进行设计，适当调整底部两层剪力墙竖向钢筋配筋率，并将框架柱设置芯柱，保证其延性。设计过程中发现，除两根柱需加强外，其余竖向构件均按小震设计结果配筋;经过分析，应该是由于青岛地区风荷载较大(百年一遇取0．7 kN/m2)，且中震计算时取消了抗震调整系数。

6 嵌固端板标高差异处理

本工程以±0．000标高地下室顶板作为嵌固端，因±0．000处标高差异较大，采用将板有高差处地下室顶板加腋的方法保证水平力的传递，做法见图7。

图7 嵌固端板标高差异处理做法示意图

7 加强措施

1)根据高规要求，提高与连廊相连构件的混凝土抗震等级，框架梁柱为二级，混凝土墙及连梁为二级。

2)办公楼与酒店在连廊层板厚加厚至150 mm，并双层双向配筋，内力分析时指定为弹性板。

3)指定连廊所在层为薄弱层。

4)防止连廊大震下脱落，分别计算了办公楼及酒店楼罕遇地震下连廊沿跨度方向及垂直于跨度方向的位移，取和计算位移量。在跨度方向上设置挑梁长度为1 m(见图3)，且大于两塔楼该层楼板在罕遇地震下位移和;垂直于跨度方向沿挑梁端部设置次梁并设置厚板(见图3)，保证在垂直于跨度方向的位移下连廊不脱落。5)底层层高较高，人为指定首层及二层为薄弱层，并按中震弹性计算结果配筋，设置芯柱。

[1] JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S］．

[2] 徐培福．复杂高层建筑结构设计[M］．北京:中国建筑工业出版社，2005:314-356．

[3] 陈岱林．PKPM结构CAD软件问题解惑及工程应用实例解析[M］．北京:中国建筑工业出版社，2008:115-119．