某一高位偏心收進結構的超限判定的討論

張 明 華

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

某一高位偏心收進結構的超限判定的討論

張 明 華

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

對某一高位偏心收進結構進行了分析，通過與一般塔樓偏置結構的比較，提出了此高位偏心收進結構的超限判定和加強措施，為同類問題的研究積累了經驗。

偏心收進，塔樓偏置，超限判定

0 引言

國家技術經濟條件迅速提高對建筑結構的多樣、藝術、美觀、宜住提出了更新更高的要求，建筑師設計理念的調整和更新也為結構工程師提出了嶄新的課題和嚴峻的挑戰[1]。在醫院建筑的設計中，門診醫技樓一般都是五、六層的多層建筑，而病房樓往往都是十幾層甚至二十幾層的高層建筑。由于醫療建筑使用功能的要求，有時不允許結構在多高層之間設置防震縫，從而形成了塔樓帶裙房結構，甚至是塔樓偏置結構。

國家住房和城鄉建設部于2010年發布新的《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》(建質[2010]109號)，“附錄一：超限高層建筑工程主要范圍的參照簡表”的“表二、同時具有下列三項及以上不規則的高層建筑工程(不論高度是否大于表一)”中，“序號1b，偏心布置，偏心率大于0.15或相鄰層質心相差大于相應邊長15%”，“序號4b，尺寸突變，豎向構件位置縮進大于25%,或外挑大于10%和4 m,多塔”；“表三、具有下列某一項不規則的高層建筑工程(不論高度是否大于表一)”中，“序號6，塔樓偏置，單塔或多塔與大底盤的質心偏心距大于底盤相應邊長20%”，這三項對豎向收進結構的超限判定提供了量化指標。

1 工程概況

本工程為北京某新建病房醫技樓，由于建筑使用功能和周圍建筑日照條件的限制，建筑平面在7層開始進行收進。首層到6層平面尺寸約為92 m×57 m，7層～10層平面尺寸約為50 m×25 m，如圖1，圖2所示。

由于建筑醫療功能的要求，在平面收進部位不能設置結構防震縫，因此需要對結構的“偏心布置”“尺寸突變”和“塔樓偏置”進行定量校核。

2 結構分析

上述病房醫技樓模型在SATWE[2]中計算得到的各層質心平面坐標和質量見表1。

表1 各層質心位置和質量

層號質心X/m質心Y/m恒載質量/t活載質量/t總質量/t11140．14898．724349．420369．410159．793104．0252105．9149．32255．29159．943104．0151953．2162．62115．88159．943104．0151953．2162．62115．87159．943104．0151953．2162．62115．86141．057119．3187231．3521．37752．65140．578119．5926931．2950．67881．84141．25119．5647001．9576．175783141．483120．2397675．3962．786382141．612119．0336631．6697．97329．51141．994118．7867713．7524．98238．6

“偏心布置”檢驗：X方向7層與6層之間質心偏差與相應邊長之比：(159.943-141.057)/91.60=20.6%>15%；Y方向7層與6層之間質心偏差與相應邊長之比：(119.318-104.015)/56.55=27.1%>15%。可見，在豎向收進部位，兩個方向的7層與6層之間的質心相差均大于相應邊長的15%。

“尺寸突變”檢驗：X方向7層相對于6層豎向構件位置縮進與相應邊長之比：41.50/91.60=45.3%>25%；Y方向7層相對于6層豎向構件位置縮進與相應邊長之比：31.45/56.55=55.6%>25%。可見，在豎向收進部位，兩個方向的7層與6層之間的豎向構件位置縮進均大于相應邊長的25%。

“塔樓偏置”檢驗(初步檢驗，最后結論見下文)：

“塔樓”X方向的質心：(369.4×140.148+2 255.2×159.793+2 115.8×159.943+2 115.8×159.943+2 115.8×159.943)/(369.4+2 255.2+2 115.8+2 115.8+2 115.8)=159.090 m。

“塔樓”Y方向的質心：(369.4×98.724+2 255.2×104.025+2 115.8×104.015+2 115.8×104.015+2 115.8×104.015)/(369.4+2 255.2+2 115.8+2 115.8+2 115.8)=103.800 m。

“底盤”X方向的質心：(7 752.6×141.057+7 881.8×140.578+7 578×141.25+8 638×141.483+7 329.5×141.612+8 238.6×141.994)/(7 752.6+7 881.8+7 578+8 638+7 329.5+8 238.6)=141.334 m。

“底盤”Y方向的質心：(7 752.6×119.318+7 881.8×119.592+7 578×119.564+8 638×120.239+7 329.5×119.033+8 238.6×118.786)/(7 752.6+7 881.8+7 578+8 638+7 329.5+8 238.6)=119.434 m。

X方向“塔樓”與“底盤”的質心偏心距與底盤相應邊長之比：

(159.090-141.334)/91.60=19.4%<20%。

Y方向“塔樓”與“底盤”的質心偏心距與底盤相應邊長之比：

(119.434-103.800)/56.55=27.6%>20%。

可見，Y方向“塔樓”與“底盤”的質心偏心距大于底盤相應邊長的20%。另外，本樓結構的最大扭轉位移比:X方向1.07，Y方向1.19，均不大于1.20。

3 超限判定

通過前面計算，有兩項超過“表二”的規定，分別為“尺寸突變”和“偏心布置”；有一項超過“表三”的規定，為“塔樓偏置”(初步結果)。但是，本項目“塔樓”的層數和質量相對下部“底盤”都比較小。4層“塔樓”的層高之和與6層“底盤”的層高之和的比：15.25/25.35=60.2%；另外4層“塔樓”的質量之和也幾乎僅為下部“底盤”一層的質量多一點。因此，本項目的高位偏心收進結構應該與層數高、質量大的一般偏置塔樓結構的情況區別對待。

最終，經與有關專家的討論，本項目可以不按照一般的“塔樓大底盤”結構考慮，而是應該定義為“高位偏心收進結構”，即可以不按照“表三”的“塔樓偏置”要求去判斷超限。所以本項目最終只有“表二”兩項不規則，不屬于特別不規則結構，但應按照《高層建筑混凝土結構技術規程》[3]中的“偏心收進結構”采取加強措施，并進行彈性時程分析驗算各層層剪力。

4 加強措施

本項目的高位偏心收進結構最終采取的加強措施主要包括：

豎向體型突變部位樓板(6層頂板)厚度取150 mm，雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋網的配筋率不小于0.25%；控制上部收進結構的底部樓層層間位移角不大于相鄰下部區段最大層間位移角的1.15倍；收進部位上下各2層塔樓周邊豎向構件的抗震等級提高一級采用；加強收進部位以下2層結構周邊豎向構件的配筋構造措施。彈性時程分析補充計算，驗算各層層剪力：地震波與反應譜層剪力比較見圖3。

表2 時程分析與反應譜分析基底剪力比較

X向基底剪力/kN時程分析TH1TG045TH3TG045RH2TG045平均值58696．876987．968994．168226．3反應譜分析80121．03比值/%73968685Y向基底剪力/kN時程分析TH1TG045TH3TG045RH2TG045平均值66784．078751．874797．473444．4反應譜分析86950．15比值/%77918684

由表2對比結果可知，每條時程曲線計算所得結構底部剪力均不小于振型分解反應譜法計算結果的65%，三條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

5 結語

通過對本項目高位偏心收進結構的分析，并與一般塔樓偏置結構的比較，本項目可以不按照一般的“偏置塔樓大底盤”的要求去判斷超限，但應按照偏心收進結構的要求采取一定的加強措施，并進行彈性時程分析驗算各層層剪力。

聲明：本項目最終的判定結論，得到了全國超限高層建筑工程抗震設防審查委員會辦公室幾位專家的肯定，但是不作為一般項目結構是否超限的判定標準，僅作參考。

[1] 侯希明，徐小云.超限高層審查中的塔樓布置[J].湖南城市學院學報，2012，21(1)：7-8.

[2] 中國建筑科學研究院建研科技股份有限公司.SATWE[Z].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4] 陳才堡.對《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》中偏心布置和塔樓偏置的討論[J].建筑結構，2007(1)：79-81.

Discussion on transfinite judgment of the high eccentric inning structure

Zhang Minghua

(ChinaZhongyuanInternationalEngineeringCo.,Ltd,Beijing100089,China)

The thesis analyzes the high eccentric inning structure, compares it with common tower polarization structure, and puts fwoard transfinite judgment and strengthening measures of the high eccentric inning structure, which has accumulated some experience for similar issue research.

eccentric inning, tower polarization, transfinite judgment

1009-6825(2015)16-0020-02

2015-03-28

張明華(1982- )，男，工程師

TU311

A