雕塑构造设计浅析

作者：赵广名 刘子龙 齐煜 王洪柱 黄杰 郭会强 万叶青 单位：机械工业第四设计研究院

计算参数的选取地震作用参数：根据ＧＢ５００１１－２０１０《建筑抗震设计规范》，本工程建设场地抗震设防烈度为７度，设计基本加速度值为０．１０ｇ［１］。根据业主提供的《工程场地地震安全性评价报告》，５０年设计基准期超越概率１０％时的地震加速度峰值为０．１１６ｇ。为安全起见，设计抗震设防烈度采用７度（第三组），设计基本地震加速度值为０．１５ｇ。建筑场地类别Ⅱ类。多遇地震下水平地震影响系数αｍａｘ为０．１２，罕遇地震下水平地震影响系数αｍａｘ为０．７２。风荷载：根据ＧＢ５０００９－２００１《建筑结构荷载规范》，本工程建设场地基本风压为０．４０ｋＮ／ｍ２（１００年一遇），地面粗糙度类别为Ａ类［２］。因本工程位于山顶，按ＧＢ５０００９－２００１式７．２．２对基本风压进行修正，修正系数为：ηＢ＝［１＋κｔａｎα（１－０．４Ｚ／Ｈ）］２＝［１＋３．２×０．３×（１－０．４×９９／２６０）］２＝３．２９山顶处修正后基本风压：ｗｋ＝３．２９×０．４＝１．３１６ｋＮ／ｍ２式中：ｗｋ为风荷载标准值，ｋＮ／ｍ２；ηＢ为风荷载地形地貌修正系数；κ为系数；α为山峰或山坡在迎风面的坡度；Ｈ为山顶或由坡全高，ｍ；Ｚ为建筑物计算位置离建筑物地面的高度，ｍ。

结构抗震设计的预期性能目标本工程下部混凝土结构和上部钢结构柱网不对应，在第５层顶部转换，转换梁柱采用劲性混凝土结构。抗震设计的性能目标：转换梁柱应满足设防烈度地震下为弹性、罕遇地震下整体结构不倒塌的要求。

结构整体弹性分析计算结构整体分析主要采用ＳＡＴＷＥ，同时采用ＳＰＡＳＣＡＤ和ＭＡＤＩＳ两个不同力学模型的软件进行分析比较。本工程抗震设防类别为重点设防类。抗震等级：下部基座混凝土部分框架梁柱及剪力墙为一级，框支转换梁柱为特一级；上部钢结构框架、支撑为二级。计算时，下部基座混凝土楼板考虑为刚性楼板，上部钢结构楼板考虑为弹性［３］。计算时考虑偶然偏心和双向地震作用。整体结构计算模型如图４所示。因本工程上下部分材料不同，抗震计算的阻尼比也有差异，整体分析时采用３种模型：一是上、下建模整体计算；二是单独计算上部钢结构；三是将上部钢结构作为荷载作用于下部混凝土基座顶部。由于下部基座混凝土部分较为规则，３种模型的计算结果较为接近，本文仅取第二种上部钢结构模型采用３种软件对其进行计算，结果见表１、表２。从表１、表２可以看出，３种软件的分析结果比较接近，结构周期比小于０．９、最大层间位移角小于１／４００、剪重比大于２．４％，都满足规范要求，但最大扭转位移比大于１．２，扭转效应比较明显。由于扭转位移比较大的楼层其层间位移比均较小，按照ＪＧＪ３－２０１０《高层建筑混凝土结构设计规程》第３．４．５条的解释，扭转位移比可适当放宽［４］。另外，计算时没有考虑外层铜衣的蒙皮效应，因此可适当放宽对扭转位移比的要求。

结构整体设防烈度地震弹性分析计算按照《工程场地地震安全性评价报告》，设防烈度地震下水平地震影响系数αｍａｘ取为０．４３４，采用ＳＡＴＷＥ和ＳＰＡＳＣＡＤ两种软件进行分析计算。结果表明，下部混凝土基座部分剪力墙配筋有所加大，框支柱基本没有变化，框支梁配筋略有增加；上部钢结构部分应力也基本没有变化（上部计算受风荷载控制）。可以认为，在５０年超越概率为１０％的设防烈度地震作用下，该工程的框支梁柱及上部钢结构仍能处于弹性受力状态。

罕遇地震下结构动力弹塑性时程分析计算按照结构抗震设计的预期性能目标的要求，主要评价该结构的罕遇地震作用下的抗震性能，从而进一步判定该结构是否满足在罕遇地震作用下（５０年超越概率约为２％）不倒塌的抗震设计目标。地震波的选择：根据规范要求选择了两条天然地震波ＥｌＣｅｎｔｒｏ和ＳａｎＦｅｒｎａｎｄｏ，人工波按照《工程场地地震安全性评价报告》提供的场地经地形矫正后的设计反应谱参数采用。具体波形见图５－图７。计算结果表明，在罕遇地震作用下（５０年超越概率２％），结构整体和结构各个构件的最大弹塑性变形基本满足规范规定的最大弹塑性变形限值，结构整体和各个结构构件具有一定的强度和变形能力安全储备，结构的抗震性能基本能满足防倒塌的最低要求。

因为建筑物位于山顶，山势高耸陡峭，场地复杂，风荷载作用大且地震作用不利，设计时除基本风压需要进行修正外，还需进行工程场地的地质安全性评价，根据评价报告选取适合的地震参数。本工程为复杂高层混合结构，体型复杂，设计时采用了合适的结构抗侧力体系，通过不同力学模型的软件进行静力和动力分析，取得了良好的效果。设计时采用了适宜的抗震性能目标，经过对多模型的弹性分析和时程分析，结构的工作状态和性能均达到了预期性能目标和规范的各项要求。