塔樓偏置項目超限措施分析及相關規范解讀

韋 霽，丁 亮

（中交浚浦建筑科技（上海）有限公司，上海 201600）

1 項目概況

某商辦樓地下2層，地上18層，總建筑面積約68623.08m2。南側為18層，高度71.2m；北側為9層，高度36.1m。抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度0.10g，設計地震分組一組，建筑場地類別Ⅳ類，特征周期0.65s。因9層區域商業面積超標，抗震設防類別為乙類，9～18層為辦公區域，抗震設防類別為丙類。項目剖面圖如圖1所示。

圖1 剖面圖

2 超限判別

根據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，對該工程超限項判別如下：（1）考慮偶然偏心的位移比＞1.2，屬于扭轉不規則；（2）多數標準層樓板有效寬度＜50%，屬于樓板不連續；（3）單塔與大底盤的質心偏心距大于底盤相應邊長的20%，屬于塔樓偏置；（4）局部穿層柱及轉換柱，屬于局部不規則。

超限項大于3項，需進行超限評審。根據超限判別，該工程采用如下措施：（1）調整結構整體剛度，加強高區剛度，控制樓層位移比（1.2～1.4），并加強大部分樓板配筋，提高結構傳遞水平力能力；（2）按彈性膜計算標準層樓板，并進行小震、中震樓板應力分析，補充頂板溫度應力分析；（3）塔樓偏置樓層部位，增加樓板厚度，加強配筋，并提高相關豎向構件抗震構造措施等級。

3 相關規范解讀

框剪-剪力墻、板柱-剪力墻結構、剪力墻結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構，樓層與其相鄰上層的側向剛度比γ2可按《高層建筑混凝土結構技術規程》（以下簡稱《高規》）中式（3.5.2-2）計算，且本層與相鄰上層的比值不宜＜0.9；當本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時，該比值不宜＜1.1；對于結構底部嵌固層，該比值不宜＜1.5。

式中：γ2為考慮層高修正的樓層側向剛度比。

對于高層建筑相鄰層的側向剛度變化，在結構底部嵌固層時，考慮層高修正的樓層側向剛度比不宜＜1.5。

對此比值的理解有兩點：

（1）此比值指的是1層與2層側向剛度的比值，而非地下1層與1層的比值。地下室頂板作為結構嵌固層時，程序約束了模型的平動位移，此時計算的結構側移計算偏于保守，故規范提高了剛度比的要求以保證豎向構件剛度不發生較大突變。至于地下1層與1層作為嵌固端的剛度比要求見《高規》5.3.7，使用剪切剛度，也并非3.5.2中的地震力與位移的比值。

（2）當結構在地下室頂板作為嵌固層時，只是約束了模型的平動位移，并沒有約束模型的轉角位移，為了滿足《高規》3.5.2.2對結構底部嵌固層剛度比的要求，可以采用去除地下室的模型。

高層商業綜合體中，首層一般層高較高，以獲得較好的建筑效果。在這種情況下，《高規》3.5.2.2中結構底部嵌固層剛度比1.5的要求易超限，需引起重視。

4 超限分析

4.1 彈性時程補充分析

該工程屬于超限高層，根據《高規》5.1.13應進行彈性時程補充計算，且結構彈性時程分析應符合《高規》4.3.5的相關要求。以PKPM程序實現為例，如圖2所示。

圖2 彈性時程分析參數圖

天然波峰值加速度大于規范規定的最大值時，程序會自動調整。按照所選波數量的不同，程序按不同方法比較每次地震剪力與CQC法結果，如果CQC法結果更大，則不需放大原計算；如時程分析結果更大，則需按照地震剪力比例相應放大CQC法結果。另外，PKPM有自動讀取時程分析結果選項。

4.2 靜力推覆分析

目的：觀察結構塑性鉸開展情況，發現結構薄弱部位。靜力推覆分析參數設置圖如圖3所示。

圖3 靜力推覆分析參數設置圖

根據靜力推覆結果，確定相關性能點確定，觀察結構塑性鉸開展情況，分析薄弱點。該工程大震塑性鉸開展結果顯示，剪力墻及柱基本完好，連梁多數被破壞，符合抗震設計基本原則。

4.3 中震關鍵構件抗彎不屈服抗剪彈性分析

根據抗震性能化設計的要求，對于關鍵構件（該工程為剪力墻底部加強區）需進行中震下抗彎不屈服與抗剪彈性的分析。Satwe采用的計算方法為等效彈性的計算方法，計算結果相對保守。中震下阻尼比與連梁剛度折減系數可以根據《高規》3.11.3條文說明進行相關調整。抗彎不屈服計算，應滿足《高規》3.11.3-2的要求，其中，材料強度取標準值，荷載效應不考慮分項系數，且地震作用不考慮與抗震等級有關的增大系數。當中震下計算結果中剪力墻暗柱配筋較大時，可通過調整剪力墻豎向分布筋來減小。抗剪彈性計算，應滿足《高規》3.11.3-1的要求。其中，地震作用不考慮與抗震等級有關的增大系數。中震計算僅觀察抗剪要求。如結構需要滿足大震下截面要求，參照《高規》3.11.3-4，滿足采用混凝土軸心抗壓強度標準值的剪壓比。

4.4 樓板溫度應力分析

（1）季節溫差分析。根據氣象部門資料，昆山地區月平均氣溫最高的月份出現在夏季（6月—8月），其平均氣溫為26.6℃，考慮不利情況取2007年7月平均最高氣溫28.2℃；昆山地區月平均氣溫最低的月份出現在冬季（12月到次年2月），其平均氣溫為5℃，考慮不利情況取其平均最低氣溫為3.7℃。參考本地區秋季平均氣溫，取終凝溫度：

季節溫差△Tt的取值可根據式（2）計算：

計算可得：正溫差=28.2-16=12.2℃，負溫差=3.7-20=-16.3℃。

（2）混凝土收縮當量溫差。混凝土收縮應變的形成和發展與混凝土齡期密切相關，一般可以表述為：

式中：εs0為混凝土極限收縮應變，極限值可達（2～4）×10-4；εs為齡期t（d）時混凝土的收縮應變。

混凝土溫差自由應變可表征為：

則混凝土收縮當量溫差為：

式中：α為混凝土線膨脹系數，對混凝土結構取α=1.0×10-51/℃；△Ts為混凝土收縮應變引起的等效溫差。

結合實際的工程經驗，要求180d以后封閉后澆帶。取混凝土極限收縮應變為3×10-4，180d時混凝土的收縮量約為極限收縮的85%，混凝土收縮當量溫差。

（3）計算溫差的確定，如表1所示。計算溫差為：

表1 頂板中面計算溫差△T 單位：℃

4.5 樓板中震應力分析

多遇地震作用下，9層大部分樓板主應力＜1.8MPa，放大2.875倍后，設防地震作用下樓板主應力為5.175MPa，比C30混凝土抗拉強度標準值大2.01MPa，需考慮鋼筋作用。10層樓板厚度160mm，當樓板主應力為5.175MPa時，每延米鋼筋承受拉力為5.175×1000×160=828000N。當采用三級鋼雙層雙向配筋Φ12@100，每延米樓板中鋼筋抗拉承載力為113×1000×400×2/150=904000N＞828000N。綜上，通過加大板厚及加強配筋，各層大開洞周邊彈性板及塔樓偏置上下兩層樓板滿足中震不屈服的要求。

5 結束語

對于塔樓偏置類項目，需妥善考慮抗側力構件的設計布置，關注整體扭轉效應，對塔樓底部加強區、偏置層樓板需重點加強，結合彈性時程分析、靜力推覆分析、樓板應力分析及中震、大震等效彈性分析結果，針對薄弱部位采取針對性加強措施，保證結構滿足地震相關概念設計要求。