某超限高层建筑的抗震设计分析

夏新强

(新城控股集团股份有限公司，上海 201100)

1 工程概况

本工程位于上海市，项目包括1幢大型商业综合体建筑及2幢商办塔楼，建筑群均坐落于地下3层整体地下室之上。本文仅针对商业综合体南侧作详细阐述。

本工程属于超长建筑，鉴于商办塔楼和商业综合体紧密结合，建筑功能复杂，所以在设置结构变形缝时，应充分考虑建筑方案、业态分布特点及业主要求，尽量少设永久缝。通过伸缩防震缝将建筑物分成南北两部分，分缝后单体长度仍超过规范限值较多，需采取有效措施防止由于混凝土收缩和温度应力造成的结构开裂:1)板面设置贯通温度钢筋，配筋率不小于0.15%，提高楼板抗裂性;2)通过温度应力分析，对影响较大的区域增加配筋率;3)施工期间加强混凝土养护质量，并适当设置施工后浇带，从而释放混凝土的早期收缩应力，并根据当地的气温资料选择合理的合龙日期。

地上各单体均以地下室顶板作为嵌固端。商业综合体南侧基本结构信息见表1。

表1 商业综合体南侧基本结构信息

2 结构超限情况判别及设计难点

商业综合体南侧不规则判别详见表2及图1，具有三项不规则，属特别不规则的“超限高层”。

为了尽量减小扭转不规则带来的不利影响，在设计阶段，通过加大结构单体周圈框架柱和框架梁的截面尺寸来增加结构的抗扭刚度，尽量减小偏心，使位移比和周期比能够满足规范的基本要求。

针对楼板不连续和连接薄弱部位，通过将楼板定义为弹性膜来真实计算楼板的平面内刚度，从而使计算模型能够考虑到楼板变形的影响，较为真实的反映出楼板在较大地震作用下的内力和变形，便于有针对性的采取加强措施。

表2 商业综合体南侧不规则判别

图1 平面不规则示意图

3 结构整体指标对比分析及补充验算

3.1 两种计算软件对比分析

表3 结构整体计算指标对比结果

根据规范要求，针对平面不规则、结构布置复杂、荷载分布不均匀的高层建筑，整体分析时，应采用不少于两种不同力学模型的结构软件。因此，本工程采用PKPM系列软件SATWE和PMSAP进行对比计算。结构指标对比结果见表3。

通过表3可以看出，SATWE和PMSAP两种计算模型得出的周期、周期比及剪重比等指标在数值上差别不大;在地震和风荷载作用下，最大位移角和最大位移比所出现的楼层基本一致，数值上亦相差不大。各项指标均能满足规范要求。

3.2 弹性时程分析对比

根据JGJ 3—2010高规4.3.4条的规定，应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充验算。弹性时程分析时采用特征周期 0.90 s的人工波(RH4TG090)和天然波(TH1TG090，TH2TG090)，其时程加速度的最大值取35 cm/s2，结构阻尼比取0.05。根据计算结果反复调整结构布置使其尽量合理并满足要求。弹性时程分析结果见表4，表 5。

表4 弹性时程分析地震剪力计算结果

表5 弹性时程分析位移角及剪重比计算结果

弹性时程分析结果表明:振型分解反应谱法X向基底剪力的 65%为 24 479.6 kN，Y向基底剪力的 65%为25 464.2 kN，均小于各条时程曲线计算所得的结构底部剪力;振型分解反应谱法X向基底剪力的80%为30 128.7 kN，Y向基底剪力的80%为31 340.6 kN，均小于多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值，所选地震波满足规范要求。弹性时程分析的各项指标均能满足规范要求，进一步验证结构方案的可行性。

4 各相邻单体碰撞验算

根据现行抗震设计规范中对防震缝最小宽度的规定，商办塔楼与综合体间的防震缝缝宽取为160 mm。鉴于本项目防震缝两侧的建筑体型和结构形式相差太大，建议通过计算楼层最大相对位移的方法对防震缝宽度的合理性进行验证。在强烈地震下，相邻建筑仍然存在局部碰撞的可能，但防震缝宽度过大会给立面处理带来困难。综合考虑后，以设防烈度地震作用下结构位移来判断防震缝宽度的合理性。因为两侧建筑同时发生最大位移的概率存在偶然性，所以单体间最大相对位移计算公式为Δx=0.8(Δ1x+Δ2x);Δy=0.8(Δ1y+Δ2y)，经验算各单体均可有效避免发生碰撞，具体验算过程详见表6。

表6 设防地震作用下各相邻单体碰撞验算结果汇总

5 结语

本项目商业综合体南侧判定为特别不规则超限高层建筑。通过设置结构缝，缓解结构超长带来的不利影响;选用弹性板模拟开洞周边以及连接薄弱处的楼板，真实反映楼板在小震及中震下的内力情况，进而采取合理的加强措施。结果表明，通过采取有针对性的加强措施，结构体型具有较好的强度储备和变形能力。采用两种不同力学模型对结构体系进行模拟分析，计算指标虽有差异，但各项指标的最不利位置基本一致;弹性时程分析时，通过对比基底反力计算结果，正确选取地震波，各项整体指标均能满足规范要求。综上所述，通过采取有效的加强措施，同时进行合理的补充计算，通过调整结构布置，使各项指标均能满足规范要求，进一步验证了结构方案的可行性，也可为其他类似工程提供一定的参考建议。