大底盘轨道上盖结构超限设计初探

黄伟

摘 要：以狮子山停车场设计为例，介绍了上盖结构体系以及超限设计情况，提出了结构性能化设计目标，依照本地区抗震设防烈度确定其地震作用，采用不同的弹性分析程序YJK系列软件、PKPM-Sausage与MIDAS软件开展超限设计计算，并通过分析对比，互相校核结果，对重要结构构件进行抗震性能设计。结果表明，所选结构体系合理，各项性能均能达到预定的抗震性能目标，可供同类工程设计参考。

关键词：狮子山;停车场上盖结构;抗震分析

中图分类号：TU31                                  文献标识码：A                                    文章編号：2096-6903（2022）05-0007-03

1 项目概况

重庆轨道交通五号线北延伸段狮子山停车场是保证轨道五号线正常运营的综合性基地，主要是负责地铁车辆停放及日常保养、车辆检修、设备维修等相关工作。

为充分利用土地资源，车场按上盖预留物业开发考虑，盖板下包含工程车库、停车列检库、周月检库等轨道功能设施。车场盖板面积较大，因此采用结构缝将盖板分为7个区[1]。

车场规划总建筑面积：558 509 m2，上盖物业开发包括15栋高层住宅、幼儿园、商业等上盖建筑，如图1所示。

2 设计条件

各区间以变形缝划分为独立计算单元，各单元间独立进行抗震超限分析计算。限于篇幅所限，本计算以4区作为计算分析对象。相关地震计算参数如下表1。

风荷载：基本风压为Wo=0.40 kN/m2，舒适度验算时采用10年重现期的风压0.25 kN/m2。其余横、活载按《荷载规范》取值，风压放大系数1.1，风载体型系数1.3。

3 超限判定及结论

3.1 主要受力体系

建筑总高度78.5 m，裙房2层顶面标高15.4 m，塔楼层高3.0 m，22层。由于下部为大空间停车场，上部高层竖向受力构件需在2层裙房处转换。地震荷载及风荷载产生的水平剪力主要由框支柱、框架柱承担。

3.2 超限判定

结构超限类别及程度按《重庆市超限高层建筑工程界定规定》（2016年版）进行判定，如表2所示。

平面凹凸不规则判定：塔楼平面L/Lmax=7.6/32.5=0.23<0.35，按照凸出计算B/Bmax=12.95/33.5=0.39>0.3;根据《重庆市超限高层建筑工程界定规定》（2016年版），属于平面凹凸不规则。

楼板局部不连续情况判定：楼板有效宽度/楼面宽度=1>0.5，且楼板开洞面积<30%， 楼板不存在不连续情况。

平面扭转不规则情况判别，如表3所示。

竖向不规则情况判别，如表4、表5、表6所示。

3.3 超限评判结论

根据《重庆市超限高层建筑工程界定规定》（2016年版）规定，本工程为A级高度部分框支剪力墙结构，存在如下不规则：（1）扭转不规则;（2）凹凸不规则;（3）构件间断[2]。

4 超限设计

4.1 超限设计计算措施

针对本工程超限情况，采取了以下计算手段及加强措施：用YJK系列软件与MIDAS软件进行分析对比，确保计算指标准确可靠;进行多遇地震下补充计算：人工波两组、天然波5组。地震效按时程曲线的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值取用;按《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）性能标准进行性能设计。构件按关键构件、普通构件和耗能构件。按D级性能目标，按不同强度地震计算，依据计算结果采取不同级别的加强措施;采用PKPM—SAUSAGE软件进行罕遇地震动力弹塑性分析，验证大震阶段的性能目标，寻找薄弱构件与楼层，采取加强措施[3]。

4.2 抗震性能目标

根据结构构件部位及重要性，确定本项目框支框架、加强部位框支剪力墙为关键构件，其余竖向构件为普通构件，框架梁为耗能构件，如表7所示。

4.3 不同地震水准下的计算分析方法

第一性能水准：小震作用下，满足弹性设计要求。

第二性能水准：中震作用下，不考虑与抗震等级有关的内力放大系数。核心筒底部加强区的抗震承载力按弹性设计，承载力满足下式要求：γGSGE+γESEK≤R/γRE;

第三性能水准：①关键构件和竖向构件正截面承载力按不屈服设计，即满足：SGE+SEK≤RK;②关键构件和竖向构件受剪承载力按弹性设计，满足：γGSGE+γESEK≤R/γRE;③耗能构件部分屈服，抗剪承载力不屈服，满足：SGE+SEK≤RK。

第四性能水准：大震作用下，不考虑内力放大系数。结构薄弱层最大层间位移角≤1/120。①关键构件正截面承载力和抗剪承载力按不屈服设计，即满足下式要求：SGE+SEhk+0.4SEVK≤RK。②竖向构件满足抗剪截面要求，即满足下式要求：VGE+VEK≤0.15fcbh0。

4.4 地震工况计算结果

4.4.1 多遇地震

时程分析结果满足多条时程曲线计算所得底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法结果的80%，每条时程曲线计算结构底部剪力不小于振型反应谱法计算结果的65%。反应谱层间剪力在弹性阶段对结构起控制作用。结构地震作用效应取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。YJK及midas building软件的计算结果基本接近，相差不超过10%，表明结果合理可信，可以作为设计依据;有效质量系数大于90%，计算振型数足够;基底剪重比按照《高规》的方法调整，如计算值不满足规范要求，则放大地震剪力;在风荷载和地震作用下，楼层层间位移角小于1/1000，由地震工况控制，满足《高规》3.7.3范围。在偶然偏心工况下，扭转位移比大于1.2小于1.5，属于扭转不规则结构;楼层侧向刚度比满足《高规》允许范围内，刚度不突变;风荷载作用下，结构刚重比EJd/GH2小于2.7，超《高规》第5.4.1范围，设计考虑重力二阶效应;转换层下部与上部结构侧向刚度比大于0.5，符合《高规》附录E的E.0.1条规定。综上，本工程扭转不规则，凹凸不规则，构件间断，其余各项指标均满足规范要求。FE2EA4C7-3244-48AE-9847-AEA3170429DE

4.4.2 設防地震计算结果

结构构件按中震下达到性能水准4（底部两层剪力墙及框支框架达到性能水准3）进行设计，按《高规》3.11.3的规定计算，阻尼比取5.0%，连梁刚度折减系数取0.5。采用YJK软件计算，中震分析的地震动参数按规范取值：αmax=0.12，如表8所示。

通过设防地震（中震）作用下的结构等效弹性分析，可以得出框支框架及底部两层剪力墙能够保证中震性能水准3的要求;其余部分结构能够保证中震性能水准4的要求。

4.4.3 大震弹塑性计算结果（表9）

通过罕遇地震（大震）作用下的结构分析，可以得出以下结论：大震作用下弹塑性动力时程分析结果表明：本工程高层住宅（单塔）X、Y向楼层的最大层间位移角均小于规范剪力墙结构的的限值1/120。满足《高规》中表3.11.3中性能目标D（框支框架及底部两层剪力墙为性能目标C）关于罕遇地震作用下弹塑性变形要求。在大震作用下弹塑性动力时程分析结果表明：框支框架及相关裙楼柱基本完好，关键构件及转换层楼板仅出现轻微损伤，其余楼板基本处于无损伤。结果表明：在大震作用下，本工程各塔楼的各个构件在大震下均满足预定的性能水准，且转换层以下结构不先于转换层以上结构破坏。在大震作用下，结构整体抗震性能与预期塑性化过程吻合。

4.4.4 其他加强措施

按《高规》执行性能设计，根据抗震中不同构件的重要性及其作用，将构件分为关键构件、普通构件和耗能构件，并按D级（底部两层剪力墙及框支框架抗震性能目标为C级）采取加强措施。

针对平面不规则（扭转、凹凸）的措施：①模型计算考虑双向地震;②加强外围框架，提高整体抗扭性能;③关键部位楼板厚度增加，楼板配筋率适当提高，增强楼板的抗剪承载力，确保水平力传递;④对于位移比较大的位置加强同周边的连接并提高其刚度。

综上所述，本工程经过计算结构整体抗震性能良好，与预期塑性化过程吻合;通过优化结构布置，主要受力构件均能实现各项抗震性能目标。

参考文献

[1] 吴晓明.某有轨电车停车场上盖高层建筑结构设计与分析[J].建筑结构，2021，51（s1）：71-76.

[2] 赵朝林，李如恒，孔瑜文.地铁停车场盖上物业开发结构设计问题及解决方案[J].智能城市，2020，6（19）：4-7.

[3] 李俊生.某地铁停车场上盖超限高层建筑动力弹塑性分析[J].科技与创新，2015（7）：2-3.FE2EA4C7-3244-48AE-9847-AEA3170429DE