某超限高層建筑的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)

王玲玲 上海市楊浦區(qū)建筑業(yè)管理署，上海 200090

某超限高層建筑的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)

王玲玲 上海市楊浦區(qū)建筑業(yè)管理署，上海 200090

某超限高層建筑平面、豎向均不規(guī)則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，采用兩種計(jì)算方法進(jìn)行分析，并針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施，保證結(jié)構(gòu)安全合理，文中著重介紹其結(jié)構(gòu)超限分析及抗震加強(qiáng)措施。

高層建筑；不規(guī)則建筑；抗震措施；結(jié)構(gòu)分析

1 工程概況

本工程位于上海市盧灣區(qū)，地下一層連為一體，地上以抗震縫（縫寬200mm）分為獨(dú)立的兩部分，左單體地上17層，局部18層，右單體地上16層，局部17層。地下室層高4.35m，首層及二層層高4m，三至十七層標(biāo)準(zhǔn)層層高均為3m。

本工程屬于丙類建筑，設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)二級(jí)。基本風(fēng)壓按50年一遇取值ω0＝0.55kN/m2，地面粗糙度為C類。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為上海IV類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)特征周期Tg=0.9s，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05。地下室防水等級(jí)為一級(jí)，地基基礎(chǔ)安全等級(jí)為二級(jí)。

本工程屬于80m以下的剪力墻結(jié)構(gòu)帶2層裙房，裙房部分是框架結(jié)構(gòu)，地下一層至地上四層按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)確定抗震等級(jí)，框架為三級(jí)，剪力墻為二級(jí)，以上層按剪力墻結(jié)構(gòu)確定抗震等級(jí)，剪力墻為三級(jí)。右單體底部住宅門廳入口處框支框架抗震等級(jí)取一級(jí)。

2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)采用樁基筏板形式。本工程?hào)|臨馬當(dāng)路下的地鐵線，且周邊地下管線密集，周圍環(huán)境條件復(fù)雜，故選擇對(duì)周邊環(huán)境影響較小的鉆孔灌注樁。主樓與框架裙房連為一體，層數(shù)相差較大，故應(yīng)減小沉降差。主樓平面及豎向均不規(guī)則，對(duì)不均勻沉降非常敏感，且主樓臨近地鐵線，故應(yīng)盡量減小主樓的沉降值，避免過大的沉降差，以減小沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。主樓采用直徑700mm的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)59米，以⑦2層粉砂夾砂質(zhì)粉土為樁基持力層，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值3300kN，裙房采用直徑600mm的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)48米，以⑤3層黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土為樁基持力層，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值1900kN。沉降計(jì)算采用同濟(jì)啟明星軟件PILE2005，基礎(chǔ)中心沉降計(jì)算值為18mm，最大沉降差為9mm，均滿足規(guī)范及地鐵方要求。

3 結(jié)構(gòu)超限情況判別及抗震措施

3.1 上部結(jié)構(gòu)超限情況判別

（1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，部分樓層豎向構(gòu)件的最大位移和層間位移大于該樓層平均位移的1.2倍，小于1.5倍。

（2）平面凹凸不規(guī)則：標(biāo)準(zhǔn)層南側(cè)凹進(jìn)尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%（左單體約32%，右單體約36.9%）。

（3）樓板局部不連續(xù)：二層中間部位樓板有較大面積開洞，使有效樓板寬度小于樓板典型寬度的50%（左單體約21%，右單體約24%），首層部分樓板開洞。

（4）豎向不規(guī)則：右單體住宅門廳三層以上部分剪力墻的內(nèi)力通過設(shè)置于三層的轉(zhuǎn)換大梁向下傳遞，豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。

3.2 針對(duì)超限情況的概念設(shè)計(jì)及抗震措施

針對(duì)上述超限情況，采取了下列措施：

（1）雖然首層樓板存在一定面積的開洞，但為避免大底盤多塔樓的影響，仍以首層樓板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，并補(bǔ)充計(jì)算了首層樓板作為彈性樓板的應(yīng)力，控制多遇地震下主拉應(yīng)力不大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，基本烈度下（近似取多遇地震應(yīng)力的3倍）板內(nèi)鋼筋不屈服。

（2）剪力墻布置盡量均勻，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，使樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不大于該樓層平均值的1.5倍，并考慮雙向地震的影響。

（3）洞口及凹口周圍樓板定義為彈性板，計(jì)算時(shí)考慮其彈性變形影響，并加大樓板厚度，加強(qiáng)配筋。

（4）針對(duì)二層平面不規(guī)則的情況加大二層洞邊樓板厚度為150mm，并采用雙層雙向配筋。三層為裙房屋頂，豎向剛度有變化，樓板厚度取150mm，并采用雙層雙向配筋。

（5）右單體三層為局部轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換部位樓板厚度取180mm，雙層雙向配筋。框支梁、柱抗震等級(jí)定義為一級(jí)。指定三層為薄弱層，地震剪力放大1.15倍。

（6）調(diào)整剪力墻長(zhǎng)度及厚度，使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%和其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%，且樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不小于其上一層受剪承載力的80%。

（7）地下室至裙房頂上兩層抗震等級(jí)取二級(jí)，剪力墻均采用約束邊緣構(gòu)件。

（8）地下室頂板及裙房屋頂板局部錯(cuò)層交界處剪力墻墻身配筋率取0.5%，框架梁增強(qiáng)抗扭構(gòu)造措施。

4 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析

本工程屬平面和立面均不規(guī)則的超限高層。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用中國(guó)建研院SATWE和PMSAP進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模分析，并采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)陣形分解反應(yīng)譜法，分別考慮偶然偏心和雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，同時(shí)考慮局部樓板為彈性板進(jìn)行計(jì)算分析。

4.1 反應(yīng)譜法主要計(jì)算結(jié)果

（1）兩個(gè)程序?qū)Ρ扔?jì)算結(jié)果，結(jié)構(gòu)前三個(gè)振型動(dòng)力特性基本吻合，第一、二振型以平動(dòng)為主，第三振型扭轉(zhuǎn)為主，第三周期與第一周期比左單體SATWE結(jié)果為0.82，PASAP結(jié)果為0.83，右單體兩結(jié)果均為0.72，均小于0.85。

（2）最大層間位移：左單體：SATWE結(jié)果X向?yàn)?/1092，Y向?yàn)?/1096，PMSAP結(jié)果X向?yàn)?/1085，Y向?yàn)?/1150；右單體：SATWE結(jié)果X向?yàn)?/1110，Y向?yàn)?/1185，PMSAP結(jié)果X向?yàn)?/1104，Y向?yàn)?/1176。兩個(gè)程序計(jì)算的結(jié)果基本接近，均滿足規(guī)范要求。

（3）兩個(gè)程序計(jì)算的地震作用力基本相同。

（4）各樓結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度（等效剪切剛度）兩程序均不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%和其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%，且樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不小于其上一層受剪承載力的80%。

4.2 SATWE時(shí)程分析主要計(jì)算結(jié)果

應(yīng)用SATWE程序?qū)Ρ竟こ踢M(jìn)行了動(dòng)力時(shí)程分析，輸入了兩組實(shí)際地震記錄（TH1TG090、TH2TG090均為特征周期0. 9 秒，Ⅳ類場(chǎng)地）和一組人工模擬（RH1TG090）的加速度時(shí)程曲線。每條時(shí)稱曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于反應(yīng)譜法的65%，三條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果基本吻合，符合規(guī)范要求。

最終結(jié)構(gòu)效應(yīng)取SATWE時(shí)程分析、SATWE陣形分解反應(yīng)譜法和PMSAP陣形分解反應(yīng)譜法三者計(jì)算結(jié)果的較大值。

5 結(jié)語

本工程左單體屬于平面特別不規(guī)則的超限高層建筑，右單體屬于平面特別不規(guī)則及豎向不規(guī)則的超限高層建筑。在設(shè)計(jì)中針對(duì)結(jié)構(gòu)的超限情況采取了相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施。對(duì)兩個(gè)單體進(jìn)行了兩個(gè)不同力學(xué)模型的程序計(jì)算對(duì)比，計(jì)算結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求；進(jìn)行了彈性時(shí)程分析，時(shí)程分析結(jié)果該結(jié)構(gòu)體系不存在薄弱層，動(dòng)力時(shí)程分析反應(yīng)值的曲線均在CQC包絡(luò)線之內(nèi)，說明采用反應(yīng)譜法設(shè)計(jì)是安全、可靠的。分析結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可滿足抗震設(shè)防目標(biāo)的三水準(zhǔn)要求，為同類超限高層的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)提供了有力的參考。

[1]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 [S]. JGJ3-2002.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 2002年

[2]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].GB 50011-2001.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2001年

[3]超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)（建質(zhì)[2003]46號(hào)）.中華人民共和國(guó)建設(shè)部.2003年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.026