三弦广场海上金街B1#结构设计

摘要 通过对不规则高层超限建筑三弦广场海上金街B1#的结构设计，总结不规则高层超限建筑的结构设计应注意的一些问题。

关键词 平面不规则 竖向不规则 凹凸不规则 竖向收进 超限

1 工程概况

三弦广场海上金街位于闵行区浦江镇，由12栋3层办公楼、1栋5层商业（上部两层为办公）、4栋3层商业、1栋11层酒店（B1楼）及地下车库（车库内局部设人防）构成。所有建筑物均嵌固于地下车库顶板上，地下车库顶板及以下不设分缝。

本文进行论证的B1#楼位于整个地块的东南角，为地下一层，层高5.05m； 1～3层为商业裙房，层高分别为5.2m、4.5m、4.5m；4层为设备层，层高2.2m；4～11层为酒店，层高3.6m。建筑总高度41.05m。2、3层周边通过钢连廊与其他楼相邻，4层的酒店会议室和商务中心采用地垄墙搁置预制板以抬高楼面。建筑剖面图如图1.1 。

本工程的其他基本情况和平面和竖向规则性如表1.1、表1.2。

由上述各项可见本工程存在3项平面不规则，3项竖向不规则，为特别不规则结构。根据建设部2010年《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本单体属于超限高层建筑工程，应进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

2 本工程的结构体系

本工程采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，嵌固在地下室顶板，2层以下柱典型截面为1000mmx800mm，2层以上柱典型柱截面为800mmx800mm。商业柱距为9.0x9.0米，一层室内部分覆土750mm，框架梁截面为400x900，次梁采用十字梁，截面300x700；室外部分覆土1500mm，框架梁截面为500x1000，次梁采用井字梁，截面300x700。二层及以上框架梁截面为400x750，次梁采用十字梁，截面250x600。地下室顶板厚度180mm，4层楼面板厚150 mm，3 、5层楼面板厚为130mm，其它楼层典型板厚为120mm，屋面层楼板厚120mm。

基础：采用高强预应力混凝土管桩，桩径500mm，基础形式为桩基承台+防水板，防水板厚500mm，核心筒下底板厚1000mm。

标准层平面布置如图2.2.

图2.1 标准层结构布置图

3 针对超限采取的加强措施

1.上部收进结构的底部楼层层间位移角不大于相邻下部区段最大层间位移角的1.15倍；

2.收进部位上下各2层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级采用，并箍筋全高加密。

3.竖向体型收进部位的楼层楼板加厚至150mm，双层双向配筋，每层每方向配筋率不小于0.25%。体型突变部位上、下层结构的楼板也加厚至不小于130mm，采取双层双向配筋，每层每方向配筋率不小于0.25%，并对楼板进行应力分析，对关键部位予以加强。

4.平面凸出连接部位楼板加厚至140mm厚，提高配筋率至不小于0.3%，采用双层双向配筋。

5.所有竖向构件的抗震构造措施的抗震等级提高一级。箍筋全高加密。

6.薄弱层在抗震分析时，其对应于地震作用标准值的剪力乘以1.25的放大系数，抗震构造措施的抗震等级提高一级。箍筋全高加密。

7.对扭转不规则，抗震设计时考虑双向地震作用的扭转耦联效应。

8.托柱的梁在模型计算时定义为转换梁，梁两端的柱定义为转换柱。托柱的梁箍筋全长加密，腰筋直径不小于16mm，间距不大于200mm；梁两端的柱箍筋全长加密，并适当放大梁柱配筋。

4 超限抗震设计的计算及分析论证

4.1 两种软件计算结果对比

根据《高程建筑混凝土结构设计规程》）（JGJ3-2010）5.1.12条规定，对于超限高层建筑，采用两种软件进行计算比较。弹性模型分析软件采用STAWE，版本为2012.06，同时采用PMSAP进行计算复核。

本工程采用结构主要计算结果对比见下表。

结论：两种软件的计算结果均满足规范要求，且误差小于5%。

4.2弹性时程分析

根据《建筑抗震设计规范》（GB250011-2010）第5.1.2条及《高程建筑混凝土结构设计规程》）（JGJ3-2010）第4.3.4条的要求，应采用弹性时程分析法进行补充计算。

时程分析按建筑场地类别和设计地震分组选用两组人工模拟的加速度时程曲线和五组实际强震记錄。

所选七条时程波的加速度曲线与地震影响系数曲线吻合程度较好，其平均加速度曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

时程分析比较结果如下表4.2、4.3。

结论：

1.楼层剪力

弹性时程分析法补充计算结果与振型分解反应谱法计算结果基本一致，每条时程曲线计算的底部剪力不小于振型分解反应谱法计算的65%，平均值不小于振型分解反应谱法计算的80%，满足规范要求。

2.楼层层间位移角

弹性时程分析法补充计算结果表明，弹性时程分析结果平均值不小于振型分解反应谱法计算结果，满足规范要求

3、按GB50011-2010第5.1.2条要求，当取七组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。本工程时程法的平均值小于振型分解反应谱法，因此振型分解反应谱法计算时，地震力不用放大。

4.3罕遇地震下静力弹塑性分析

为与“大震不倒”的第三水准抗震设防目标相对应，本工程进行了第二阶段抗震设计，即罕遇地震作用下的结构弹塑性变形验算。分析方法采用静力弹塑性推覆分析法。计算程序采用中国建研院PKPM-PUSH&EPDA 模块，程序中提供了四种侧向力分布形式，分别为倒三角形、矩形、弹性CQC 地震力、实时模式。本工程选用倒三角形、矩形分布形式进行静力推覆分析。上述选择是基于矩形的荷载分布形式与采用反应谱地震分析振型组合所得到的楼层地震力分布形式比较接近，而倒三角形分布与第一振型地震力分布形式较为接近。计算结果如表4.3。

由推覆计算结果，说明：

1）罕遇地震下的最大弹塑性层间位移角为1/174，能满足规范1/100 的限值要求。

2）连梁在地震作用下作为第一道抗震防线首先消耗能量，出现塑性铰，基本达到预期目标。

3）推覆过程中，整体结构逐渐进入弹塑性状态，侧向刚度没有出现明显突变，直至大震性能点仍然保持稳定的抗侧承载能力。

由此得出以下結论：

1） 四层柱中的A轴交3、4、5、6轴柱，是短柱，容易出现塑性铰，在设计时加强配筋，提高纵筋配筋率和箍筋配箍率；

2）多遇地震作用下，构件可通过加强措施保证无损坏；

3）设防烈度地震作用下，结构部分连梁进入塑性，框架柱、剪力墙等关键构件未出现破坏，满足“中震可修”的设防目标。

4）罕遇地震作用下，结构刚度明显下降，但仍能继续有效工作，抗倒塌能力达到要求，满足“大震不倒”的设防目标。

4.4延性设计

本工程建筑高度41.05m，房屋高度不高；高宽比3.73，也较小，结构受力主要由地震力控制，针对本工程的超限情况，主要从延性设计的角度予以加强。

大量的实验研究和地震实例表明：在地震尤其是罕遇地震作用下，建筑结构大都会进入弹塑性状态，出现弹塑性变形。结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震验算，从根本上应该是弹塑性变形验算。而延性设计，就是使结构在构件屈服之后仍具有足够的变形能力，依靠结构的弹塑性变形来消耗地震能量，保证屈服部分发生延性破坏，避免结构发生脆性破坏和整个结构的倒塌。

上述这种设防思想在上海市《建筑抗震设计规程》DGJ08-9-2013附录L.1.4中也有清晰体现。表L.1.4反映了对根据不同的抗震性能目标设计的结构，其抗震承载力要求越低，对延性需求则越高；并且规定对高延性构造要求可按本结构抗震设防烈度要求确定抗震等级，根据该抗震等级确定抗震构造要求。

本工程在规范基础上，针对超限部位采取了更高延性的构造措施：竖向构件按本结构抗震设防烈度要求确定的抗震等级提高一级后采取抗震构造措施。

本工程抗震设防烈度为7度，结构体系为框架-抗震墙结构，按设防烈度确定的抗震等级为框架三级，抗震墙二级。确定抗震构造措施时，抗震等级皆提高一级，即：框架按二级，抗震墙按一级。

底层框架柱箍筋全高加密；体型收进部位上下两层范围内（即2～5层）的框架柱箍筋也全高加密。底层～5层的框架柱配箍特征值按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010表6.4.7中抗震等级为一级柱的配箍特征值采用；全部纵向钢筋构造配筋率按JGJ 3-2010表6.4.3中抗震等级为一级的规定采用。

剪力墙底部加强区范围提高至裙房屋面上两层：考虑裙房屋面上一层（即4层）层高2.2m，侧向刚度较大，故剪力墙底部加强区范围提高至裙房屋面上两层（即5层）。

剪力墙底部加强区内，剪力墙水平和竖向分布筋配筋率提高至不小于0.3%。

剪力墙边缘构件的抗震等级由二级提高至一级，纵筋配筋率不小于1.2%，且不小于8￠16；配箍特征值增大20%，即不小于0.24。

严格控制剪力墙轴压比：本工程比一级剪力墙7度时的轴压比限值0.5更严格，剪力墙最大轴压比控制不大于0.25。

严格控制框架柱轴压比：本工程比二级框架-抗震墙结构的框架轴压比限值0.85更严格，框架柱最大轴压比控制不大于0.80。

5结论

本工程属于平面和竖向不规则的超限高层建筑，整体结构采用SATWE 和 PMSAP 两种计算软件进行分析计算，比较分析了各楼层层间位移、剪重比、有效质量参与系数、竖向刚度变化等电算结果。经过合理地布置结构及详细的分析计算，遵循整体结构小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设计思想，对关键构件和薄弱环节进行适当的延性设计，重点加强，使得本工程结构抗震设计安全可行。

参考文献：

[1]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程.北京：中国建筑工业出版社.2011

[2]GB250011-2010 抗震建筑设计规范.北京：中国建筑工业出版社.2010

[3]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点.2010

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

[5]徐培福，王亚勇，戴国莹.关于超限高层建筑抗震设防审查的若干讨论.土木工程学报，2004

作者简介：周益华，1981.1.1-，女，本科，从事房屋结构设计，工程师，全国一级注册结构工程师。