某医院门诊住院综合楼结构抗震性能化设计

郭瑞峰 （安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230009）

1 工程概况

某医院门诊住院综合楼为地上12层，地下1层的框架-剪力墙结构。总建筑面积约4.2万㎡，地上建筑面积3.4万㎡，地下建筑面积约8000㎡，建筑总高度50.70m。一至四层主要功能为门急诊和医技楼，五层及以上主要功能为住院病房。门诊大厅为三层通高，裙房为四层且设有两处内庭院。

本工程抗震设防烈度6度，重点设防类，抗震等级框架三级，剪力墙二级。基础等级为甲级，采用天然地基，基础形式采用筏板+下柱墩。为满足建筑要求，本工程未设置抗震缝，不规则项较多，故有必要进行结构抗震分析计算。

2 结构超限情况

根据《建筑抗震设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》有关规定，本工程结构超限情况见表1，属于A级高度的复杂高层建筑，存有1项特别不规则项，3项一般不规则项。

表1 不规则项一览表

图1 鸟瞰图

图2 三层平面布置图

3 结构抗震设计

3.1 结构抗震性能目标

结构抗震性能设计以《建筑抗震设计规范》（2016年版）第3.10节、《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.11节为主要依据，抗震性能总体目标定位C级。

根据工程实际情况将底部加强区上延至四层裙楼顶上一层，即1～5层。将主楼1～5层剪力墙、框架柱和裙楼在主楼周边范围内的框架柱定为本工程的关键构件，其余剪力墙和框架柱定为本工程的普通竖向构件，全楼框架梁和剪力墙上的连梁定为本工程的耗能构件。

各类构件要满足性能目标需达到的具体设计要求见表2所示。

表2 结构抗震性能目标

3.2 多遇地震作用下性能目标的实现

选用YJK软件进行多遇地震弹性分析计算，并用Midas Building软件进行复核，计算结果表明，两种软件计算结构前三阶周期和基底剪力基本一致，层间位移角曲线连续光滑，楼层刚度变化均匀，均能满足规范要求，能够实现多遇地震作用下的抗震性能目标。

3.3 设防地震作用下性能目标的实现

选用YJK软件进行设防地震弹性分析计算，经计算结构在设防地震作用下各层层间位移均小于1/400，可达到抗震性能目标要求。

图3 楼层层间位移角对比图

通过各构件的包络设计，使得各构件均可达到抗震性能化设计在设防地震水准下的各项要求。

此外，针对出现拉应力的小墙肢，抗震构造措施或抗震等级按特一级执行，严格控制截面的平均拉应力不大于1.0ftk，保证设防地震下墙体的刚度在中震下不会有较大的退化，具有较好的抗震性能。

3.4 罕遇地震作用下性能目标的实现

选用YJK-EP软件进行罕遇地震弹塑性时程分析计算，选取两组天然波和一组人工波，采用双向地震波输入，主方向地震波峰值为125gal。

3.4.1 顶点位移和基底剪力分析

罕遇地震弹塑性时程分析结构顶点位移和结构基底剪力见表4、表5所示，结构在地震作用下的最大顶点位移为0.124m，X方向的最大弹塑性层间位移角为1/391，Y向的最大弹塑性层间位移角为1/300，均满足1/100的规范限值要求。将结构基底剪力弹塑性计算结果与弹性计算结果进行对比，结果均在合理范围内，证明计算结果真实可靠。

表3 YJK和Midas Building计算结果分析、对比

表4 结构最大顶点位移

表5 结构基底剪力对比

3.4.2 地震时程曲线分析

选取结构在人工波R1作用下的大震弹性和大震弹塑性基底剪力时程曲线和位移时程曲线，分析可知：

①开始阶段，弹性时程和弹塑性时程分析的基底剪力和位移基本一致，曲线基本吻合；②随着地震力加大，部分构件（主要为耗能构件）屈服，结构刚度退化，阻尼比增加，周期变长，吸收的地震剪力变小，弹塑性时程分析的基底剪力逐渐小于弹性时程；③由t=10秒开始可以看到弹塑性基底剪力到达峰值的时间滞后于弹性基底剪力，这表明此时的结构的刚度已经较初始状态有较大退化，且差异逐渐增大；④随着耗能构件屈服，阻尼比增加，结构刚度退化，周期变长，弹塑性顶点位移变小，二者逐渐分离。但弹塑性时程分析位移较弹性时程分析位移滞后不多，说明结构整体破损相对较小。

图4 R1波弹性与弹塑性基底剪力时程曲线

图5 R1波弹性与弹塑性顶点位移时程曲线

3.4.3 结构损伤情况分析

弹塑性时程分析计算结构损伤情况、抗震性能评述如下：

①剪力墙、框架柱绝大部分能够保持完好无损坏，具有足够的抗震承载力。仅个别剪力墙翼墙处小墙肢出现轻微损坏（占比1.38%），见图6。

图6 剪力墙、框架柱损伤等级评估

②框架梁和连梁出现破损，但破损较轻（轻微损坏～比较严重损坏合计约7%，严重损坏约4%），破损主要集中在高层两处核心筒连梁处，表明连梁耗能充分，大震作用下能够起到耗能作用，见图7。

图7 框架梁、连梁损伤等级评估

③各层剪力墙和框架柱的混凝土、钢筋应变未超出材料极限值，能够达到抗剪、抗弯不屈服，能够满足所设定的第4抗震性能水准的目标要求。

4 结论与建议

综上，本工程属于A级高度的复杂高层建筑，存在1项特别不规则项，3项一般不规则项。在抗震设计中，除保证结构在多遇地震作用下完全处于弹性阶段外，还采取多种计算程序进行了弹性、弹塑性计算，补充了结构在设防地震、罕遇地震作用下的抗震性能分析。

结果表明，结构整体指标表现较为良好，基本能够满足规范要求，能够满足既定的抗震性能目标。本工程在6度抗震烈度设防区进行建设是安全可靠的。