塔楼偏置项目超限措施分析及相关规范解读

韦 霁，丁 亮

（中交浚浦建筑科技（上海）有限公司，上海 201600）

1 项目概况

某商办楼地下2层，地上18层，总建筑面积约68623.08m2。南侧为18层，高度71.2m；北侧为9层，高度36.1m。抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组一组，建筑场地类别Ⅳ类，特征周期0.65s。因9层区域商业面积超标，抗震设防类别为乙类，9～18层为办公区域，抗震设防类别为丙类。项目剖面图如图1所示。

图1 剖面图

2 超限判别

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对该工程超限项判别如下：（1）考虑偶然偏心的位移比＞1.2，属于扭转不规则；（2）多数标准层楼板有效宽度＜50%，属于楼板不连续；（3）单塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长的20%，属于塔楼偏置；（4）局部穿层柱及转换柱，属于局部不规则。

超限项大于3项，需进行超限评审。根据超限判别，该工程采用如下措施：（1）调整结构整体刚度，加强高区刚度，控制楼层位移比（1.2～1.4），并加强大部分楼板配筋，提高结构传递水平力能力；（2）按弹性膜计算标准层楼板，并进行小震、中震楼板应力分析，补充顶板温度应力分析；（3）塔楼偏置楼层部位，增加楼板厚度，加强配筋，并提高相关竖向构件抗震构造措施等级。

3 相关规范解读

框剪-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ2可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）中式（3.5.2-2）计算，且本层与相邻上层的比值不宜＜0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜＜1.1；对于结构底部嵌固层，该比值不宜＜1.5。

式中：γ2为考虑层高修正的楼层侧向刚度比。

对于高层建筑相邻层的侧向刚度变化，在结构底部嵌固层时，考虑层高修正的楼层侧向刚度比不宜＜1.5。

对此比值的理解有两点：

（1）此比值指的是1层与2层侧向刚度的比值，而非地下1层与1层的比值。地下室顶板作为结构嵌固层时，程序约束了模型的平动位移，此时计算的结构侧移计算偏于保守，故规范提高了刚度比的要求以保证竖向构件刚度不发生较大突变。至于地下1层与1层作为嵌固端的刚度比要求见《高规》5.3.7，使用剪切刚度，也并非3.5.2中的地震力与位移的比值。

（2）当结构在地下室顶板作为嵌固层时，只是约束了模型的平动位移，并没有约束模型的转角位移，为了满足《高规》3.5.2.2对结构底部嵌固层刚度比的要求，可以采用去除地下室的模型。

高层商业综合体中，首层一般层高较高，以获得较好的建筑效果。在这种情况下，《高规》3.5.2.2中结构底部嵌固层刚度比1.5的要求易超限，需引起重视。

4 超限分析

4.1 弹性时程补充分析

该工程属于超限高层，根据《高规》5.1.13应进行弹性时程补充计算，且结构弹性时程分析应符合《高规》4.3.5的相关要求。以PKPM程序实现为例，如图2所示。

图2 弹性时程分析参数图

天然波峰值加速度大于规范规定的最大值时，程序会自动调整。按照所选波数量的不同，程序按不同方法比较每次地震剪力与CQC法结果，如果CQC法结果更大，则不需放大原计算；如时程分析结果更大，则需按照地震剪力比例相应放大CQC法结果。另外，PKPM有自动读取时程分析结果选项。

4.2 静力推覆分析

目的：观察结构塑性铰开展情况，发现结构薄弱部位。静力推覆分析参数设置图如图3所示。

图3 静力推覆分析参数设置图

根据静力推覆结果，确定相关性能点确定，观察结构塑性铰开展情况，分析薄弱点。该工程大震塑性铰开展结果显示，剪力墙及柱基本完好，连梁多数被破坏，符合抗震设计基本原则。

4.3 中震关键构件抗弯不屈服抗剪弹性分析

根据抗震性能化设计的要求，对于关键构件（该工程为剪力墙底部加强区）需进行中震下抗弯不屈服与抗剪弹性的分析。Satwe采用的计算方法为等效弹性的计算方法，计算结果相对保守。中震下阻尼比与连梁刚度折减系数可以根据《高规》3.11.3条文说明进行相关调整。抗弯不屈服计算，应满足《高规》3.11.3-2的要求，其中，材料强度取标准值，荷载效应不考虑分项系数，且地震作用不考虑与抗震等级有关的增大系数。当中震下计算结果中剪力墙暗柱配筋较大时，可通过调整剪力墙竖向分布筋来减小。抗剪弹性计算，应满足《高规》3.11.3-1的要求。其中，地震作用不考虑与抗震等级有关的增大系数。中震计算仅观察抗剪要求。如结构需要满足大震下截面要求，参照《高规》3.11.3-4，满足采用混凝土轴心抗压强度标准值的剪压比。

4.4 楼板温度应力分析

（1）季节温差分析。根据气象部门资料，昆山地区月平均气温最高的月份出现在夏季（6月—8月），其平均气温为26.6℃，考虑不利情况取2007年7月平均最高气温28.2℃；昆山地区月平均气温最低的月份出现在冬季（12月到次年2月），其平均气温为5℃，考虑不利情况取其平均最低气温为3.7℃。参考本地区秋季平均气温，取终凝温度：

季节温差△Tt的取值可根据式（2）计算：

计算可得：正温差=28.2-16=12.2℃，负温差=3.7-20=-16.3℃。

（2）混凝土收缩当量温差。混凝土收缩应变的形成和发展与混凝土龄期密切相关，一般可以表述为：

式中：εs0为混凝土极限收缩应变，极限值可达（2～4）×10-4；εs为龄期t（d）时混凝土的收缩应变。

混凝土温差自由应变可表征为：

则混凝土收缩当量温差为：

式中：α为混凝土线膨胀系数，对混凝土结构取α=1.0×10-51/℃；△Ts为混凝土收缩应变引起的等效温差。

结合实际的工程经验，要求180d以后封闭后浇带。取混凝土极限收缩应变为3×10-4，180d时混凝土的收缩量约为极限收缩的85%，混凝土收缩当量温差。

（3）计算温差的确定，如表1所示。计算温差为：

表1 顶板中面计算温差△T 单位：℃

4.5 楼板中震应力分析

多遇地震作用下，9层大部分楼板主应力＜1.8MPa，放大2.875倍后，设防地震作用下楼板主应力为5.175MPa，比C30混凝土抗拉强度标准值大2.01MPa，需考虑钢筋作用。10层楼板厚度160mm，当楼板主应力为5.175MPa时，每延米钢筋承受拉力为5.175×1000×160=828000N。当采用三级钢双层双向配筋Φ12@100，每延米楼板中钢筋抗拉承载力为113×1000×400×2/150=904000N＞828000N。综上，通过加大板厚及加强配筋，各层大开洞周边弹性板及塔楼偏置上下两层楼板满足中震不屈服的要求。

5 结束语

对于塔楼偏置类项目，需妥善考虑抗侧力构件的设计布置，关注整体扭转效应，对塔楼底部加强区、偏置层楼板需重点加强，结合弹性时程分析、静力推覆分析、楼板应力分析及中震、大震等效弹性分析结果，针对薄弱部位采取针对性加强措施，保证结构满足地震相关概念设计要求。