浅谈南方科技大学产业园A区超限结构设计

胡志民

摘 要：南方科技大学产业园位于深圳市南山区，为7塔楼复杂高层。介绍了钢筋混凝土框架剪力墙结构超限设计和地下室设计的要点、构造情况及设计方法。

关键词：超限高层建筑；弹性时程分析；弹塑性时程分析

中图分类号：TU312

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）08-0123-04

1 前言

随着建筑功能的日益丰富，人们对建筑内部布置的要求逐渐提高，为了满足室内空间更加合理的分配，在结构上常出现平面不规则或者竖向不规则的情况。当不规则程度在一定范围内超过了规范所规定的限值，将被列为超限结构。对此类超限结构，应按国家建设部要求，申请全国超限高层审查委员会组织专家从技术角度进行多方论证，力求在抗震、消防等方面保证建筑物的质量安全。随着高层建筑的增多，将高层建筑的设备用房、地下消防水池和汽车停车位等设置在地下室，不仅能够充分地发挥地下室的作用，而且又满足的基础埋深的要求，同时还可以用作人防地下室，以满足战时需要。因此，在高层建筑的设计中，地下室的设计变得尤为重要。现以南方科技大学安置工程为例，对超限设计和地下室设计这两方面进行深入的讨论。

2 工程概况

根据前面制定的抗震性能目标，柱按中震弹性进行复核。根据计算结果，大部分框架柱满足抗弯中震弹性和抗剪中震弹性，但地上第二层存在一根柱剪力值较大，达到1066kN，这根柱主要数处于首层下塌广场角部，存在刚度突变，施工图阶段将适当增加此根柱及其上下层柱箍筋配筋率。

5.4罕遇地震下动力弹塑性时程分析（大震）

采用ABAQUS软件对建筑物在罕遇地震下进行动力弹塑性时程分析。地震波选取场地安评报告提供的1条人工波（RGB2）和2条天然波（天然波1（H115）- SAN FERNANDO EARTHQUAKE和天然波2（C048）- SAN FERNANDO EARTHQUAKE），进行结构的时程分析。计算分析结果表明：

5.4.1罕遇地震作用下，三条地震波以0度和90度为主方向输入时结构的最大层间位移角为1/170和1/165，均小于《高规》第3.7.5条要求框架—剪力墙结构1/100的限值，整体满足“大震不倒”的性能目标；

5.4.2各组地震波作用下的层位移曲线呈现明显的弯剪型，底部受弯变形明显，而到上部呈现受剪变形；

5.4.36组地震波作用下结构底部承担的剪力约为80000kN，为小震CQC法计算底部剪力的5.5倍，小于大震地震影响系数最大值和小震影响系数最大值之比6.25，说明弹塑性分析时，结构已经出现部分刚度损失。

5.4.4从结构平面四个角点的位移输出值可以看出，不同点位移存在较大差异，说明结构扭转效应明显。

5.4.5通过两组天然波和一组人工波分析结果可以看出，斜柱受压损伤值较低，人工波作用下下部出现0.4值的受压损伤，其他部位损伤值几乎小于0.2，大部分处于中度损伤以下，且斜柱内钢筋仅出现微小塑性应变，框柱除了顶部机房层出现压损伤值大外，其他位置损伤值都在0.3以下，且这些构件内钢筋塑性应变很小，框架柱抗震承载力足够，考虑到柱构件的关键性，施工图阶段将适当增大底部一层斜柱截面，同时将塔楼外圈圆柱截面由D900mm增大为D1000mm；

5.4.6剪力墙下部长墙肢出现局部较大值损伤，但损伤没有贯穿墙肢截面高度，从墙肢内钢筋塑性应变值来看，除了顶部机房部分应力集中位置外，大部分塑性应变值在0.003以下，说明部分墙肢内钢筋屈服，但钢筋塑性应变值远小于钢筋极限塑性应变值，保证了钢筋没有拉断。对于墙肢损伤严重部位，施工图阶段也采取加强措施，适当增大剪力墙厚度；

5.4.7从混凝土受压损伤值可以看出来，最大值为0.7，梁内纵向钢筋最大值0.002，远小于钢筋极限塑性应变值，说明部分梁端成为塑性铰，但梁还能把结构连为一体，梁端塑性铰的形成起着耗能作用，且与斜柱相连的框梁内纵向钢筋保持弹性，说明这些构件的配筋能抵抗相应的轴力值，混凝土梁抗震承载力足够；

5.4.8从楼板受压损伤和板内钢筋塑性应变值云图可以看出，楼板的压损伤主要集中在框架梁两侧（框架梁刚度较大）和、楼梯、电梯洞口周围及结构平面凸出的区域。混凝土受压损伤值在0.7以下，钢筋塑性应变在0.01以下，说明楼板进入塑性阶段，但混凝土还没完全压碎，且板内钢筋塑性应变值小于钢筋极限塑性应变值，施工图阶段，增加损伤值较大部位配筋，特别是与连廊相接部位楼板配筋。

6 超限分析结论

6.1小震弹性分析：结构楼层扭转位移比超过1.2，但小于1.5（A级高度），结构层间刚度均匀，没有存在过大的突变；结构在地震作用下的层间位移角、楼层抗剪承载力之比、剪重比、刚重比均满足规范要求。

6.2中震分析：柱构件满足中震弹性性能目标，剪力墙和框架满足中震不屈服性能目标。楼板较大应力区通过增加局部配筋，可满足楼板钢筋中震不屈服的性能目标。

6.3罕遇地震分析：框架柱受压损伤值较低，部分梁端成为塑性铰，但还未达到破坏铰。楼板满足罕遇地震作用下抗剪截面要求。结构在所选地震波作用下层间位移角小于规范1/100要求，从变形看出，结构在所选地震波作用下可实现大震不倒。

7 结构超限的抗震加强措施

针对本工程超限情况，采取了以下措施：

7.1在施工图设计阶段地震作用取时程分析的包络与CQC结果的较大值，对CQC的结果按时程结果进行调整放大。

7.2剪力墙分散布置，以提高主体的抗扭刚度，同时剪力墙的布置尽量调整到刚度中心与楼面质量中心接近，减少扭转的效应，根据罕遇地震分析出的薄弱地方，适当增大这些部位剪力墙厚度；

7.3对于楼板大开洞和平面凹凸不规则，加大各层楼板厚度，最小厚度不小于120mm，同时采用双层双向布置钢筋焊接网。

7.4对于平面扭转不规则，外围的柱子底部5层增大截面，圆柱截面由直径900mm增大为1000mm，同时也增大第一层斜柱截面，由直径600mm增大为700mm，且柱子箍筋全长加密，加强柱子的抗扭、抗变形能力。

7.5对大震分析中，墙肢损伤严重的部位适度增加剪力墙厚度，并加强配筋。

8 结语

根据《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》的有关规定，我们对此项超限结构在多遇地震作用下，采用弹性反应谱和弹性时程分析进行弹性分析和设计，保证小震弹性的性能目标；在设防地震作用下，采用SATWE设计方法，通过控制构件的配筋大小来实现构件的中震性能目标；罕遇地震作用下，采用动力弹塑性分析方法，对结构完成进一步的弹塑性动力分析。分析结构表明，通过采取一些加强措施，本工程结构能实现拟定的性能目标，确保了结构的安全。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点.2003.

[2]徐培福，傅学怡等.复杂高层建筑结构设计.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3]中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]中华人民共和国国家标准《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ 3-2010） .北京：中国建筑工业出版社，2010.