某档案馆超限结构设计

周辉

0 引言

因建筑功能需求，江北新区档案综合服务中心工程存在多项不规则项，属于特别不规则建筑，设计时具有较大难度。本文对该项目的设计要项进行了阐述，包括多遇地震线弹性分析、关键构件的性能水准验算、罕遇地震弹塑性分析以及难点的专项分析，旨在能够为类似工程的设计施工建设提供参考。

1 工程概况

江北新区档案综合服务中心工程位于南京市江北新区顶山街道，东至江北快速通道，西至珍珠路，北至丁家山河。总建筑面积约101 945.37m2。地下整体一层，深6.5m，建筑面积26 184.88m2，局部配建人防地下室。地上建筑面积78 760.49m2，分为主楼和辅楼两部分。

本文主要介绍主楼——档案综合服务中心结构设计的相关内容。主楼共11 层，建筑面积约65 760m2，建筑高度50.10m，屋面最高点高度为57.1m。1 层包含档案综合服务中心对外服务、展览、会议等功能，层高7m，2 层为档案处理技术用房，层高为5m，3～11 层为档案库房及附属办公用房，三层层高4.5m，其余各层层高均为4.2m。

2 结构布置及超限设计

2.1 结构布置

2.1.1 竖向结构体系

主楼主屋面建筑高度49.80m，属于高层建筑，不落地柱采用悬挑钢桁架转换[1]。主楼外形呈钻石造型，主体结构楼面尺寸根据建筑外形逐层变化，如图1 所示，各层面积差异较大。为提高抗侧刚度、减少水平荷载作用下的结构侧移，主楼采用具有多道设防的框架剪力墙结构。为了满足建筑立面造型，主楼北侧3 层以上悬挑最大达12m，在北侧4～8 层设置两道高度2 层的悬挑转换桁架，采用钢桁架对上部柱子进行转换，将桁架的变形影响层数设置该范围，尽量避免桁架变形导致屋面楼板开裂。结构模型三维图如图2 所示。裙楼地上2 层，地下1 层，采用框架结构，根据建筑功能及形体要求，裙楼不设缝，长度方向最长128m。

图1 主楼立面图

图2 主楼结构三维模型图

2.1.2 楼、屋面水平结构体系

主楼普通楼面均采用现浇钢筋混凝土梁板结构，在第4、6、8 层楼面转换桁架弦杆与剪力墙和框架柱之间设置水平支撑，保证在不考虑楼板作用下桁架水平力能够有效传递到周边核心筒剪力墙和框架柱上，同时此处楼板采用弹性楼板设计。设计时考虑在4 层至屋面悬挑桁架处楼板设置后浇带，释放早期桁架变形带来的混凝土楼面附加应力，待主体施工完成后封闭后浇带，以减小后期使用荷载带来整体悬挑桁架变形引起的楼板拉应力，防止后期使用时楼板开裂。屋面以上构架层为钻石造型的不可或缺部分，屋面以上采用钢框架形式完成整体造型。

2.2 超限设计

针对结构的多项不规则，采用模拟分析和其他关键点分析措施确保结构安全可靠。

（1）扭转不规则，X 向1.29，Y 向1.42，均大于1.2；

目前，一些小的钢贸企业还没有建立完善的成本控制制度，导致成本控制达不到预期的效果。还有一部分钢贸企业建立了成本控制制度，但是没有形成配套的机制，比如监督制度、绩效考核机制等，也就是没有将成本控制和企业员工的利益挂钩，员工不会主动参与到成本控制中去，使得钢贸企业的成本控制制度流于表面，实际发挥作用不是很大。

利用SAUSAGE 程序进行主楼模型建立。

（3）尺寸突变，如四层以上X 向收进37%；

（4）构件间断，如主楼北侧三层以上部分柱不落地[2]；

在现有电机试验站中，电机进行型式试验需要使用的变频变压电源，其在输出频率电压调节、电源供电质量以及一些特殊应用上都有较高的要求，系统比较复杂，造价占比也较高。对于大功率试验站的变频变压试验电源，目前可供采用的产品和方案大致可以分为静止变频电源与机组变频电源两大类。

（5）局部不连续，二层大开洞区域存在部分穿层柱；

本主楼工程有多项不规则项：

3 模拟分析

3.1 整体弹性分析（振型分解反应谱法）

（2）物流绩效水平改善对中国机械运输设备出口数量边际的影响远大于扩展边际和价格边际，这说明物流绩效还是主要通过数量边际来影响机械运输设备的出口。但由于 “以量取胜”的贸易模式是一种不可持续的增长模式，因为它主要依靠廉价的劳动力、能源、资源等因素来维持。而随着中国劳动力价格的不断上涨，能源和资源日趋短缺，中国企业可以增加研发投入，提升创新能力，提高出口产品的技术含量，实现 “以量取胜”的贸易增长模式向 “以质取胜”的贸易模式转变。

在进行内江地区花萼湿地公园的休闲园区布局时：（1）进行了乡土花园的空间布局，通过设置乡土花果植物的搭配，形成在曲线绿地中极富地域特色的景观环境，并向北江岸自然延展；（2）进行了感官花园的空间布局，在逐层跌落的台地花园中布置芳香类植物，结合叠泉等动态景观，打造亲近游览者的柔性景观界面；（3）设置了儿童游戏场、老人健步道，结合桥下空间设置极限运动场和运动球场，布置观赏植物群落形成轻松愉悦的环境氛围；（4）进行了星空花园的空间布局，利用原始较高的地形，在山丘顶部设置户外露营区。

表1 主楼主要计算参数

表2 PKPM 和SAP2000 主楼计算结果对比汇总表

（1）由于各项计算结果接近，说明计算模型合理，可作为结构设计的根据。

（2）扭转周期比小于0.85，满足规范要求。

[19]钱天培等：《非死不可？深扒Facebook丑闻背后的神秘数据公司如何玩转人心》，2018年3月30日，http://www.cebnet.com.cn/20180330/102478511.html.

（3）水平力作用下层间位移角满足小于1/800 的要求。

（4）最小楼层受剪承载力比、刚度比均满足规定，可判定结构不存在薄弱楼层。

（5）主楼结构两个方向的刚重比均满足结构整体稳定验算，且可以忽略重力二阶效应。

3.2 多遇地震弹性时程分析

进行多遇地震弹性时程分析时，地震加速度最大值采用45gal。选用5 条天然波，2 条人工波。每组自然波包括三向水平实测记录，定义峰值最大的方向为主方向，其余两方向为次方向。采用选取的自然波进行地震动分析，可知：

（1）各时程分析曲线计算得到的结构底部剪力值均大于振型分解反应谱法的65%，前者计算平均值大于后者的80%，满足规范要求。

（2）每条时程曲线分析得出的各层剪力的平均值均小于反应谱分析结果，故无需对反应谱法计算所得的地震剪力进行放大。

赵五娘“事姑舅”的具体内容是什么？蔡伯喈临行时要求赵五娘在生活上照顾二老，这种要求是合理的。而赵五娘的理解，跟蔡伯喈的要求相一致。试想已经丧失了劳动能力的一对老人，他们晚年的生活，按我们中华民族的传统，当然须下辈赡养、照顾、服侍。《琵琶记》戏文所写的，就是这样的一些内容。赵五娘的优秀品质，就是从这些平凡的事情里显现出来。

(3)适当保留，提高综合收益。庐山民宿目前在“携程”“去哪儿”上的挂牌价都不高，经营者的利润空间也不大，民宿经营者在通过OTA网站或其他线上分销渠道出售房晚时，可做出适当保留，不必过早地将客房以低价卖出，可以根据实际情况保留一定的房间数量，用来出售给愿意给出更高价的客人。通常来说，直销收益会高于分销，相比于在线预订的消费者，门市客更愿意付出高价来入住，因此民宿经营者可以自己招徕生意，或是通过老顾客上门入住，来获得更高的综合收益。

（3）时程反应包络值接近反应谱计算结果，X 向、Y 向最大层间位移角均满足规范的限制要求。

（4）位移曲线无较大突变，结构侧向刚度较为均匀，结构体系无明显薄弱层。

3.3 结构抗震性能化设计

按照性能目标要求，需复核结构构件在中震、大震作用下的承载力。使用PKPM 计算参数如表3 所示。

表3 中震和大震计算参数表

3.3.1 底部加强部位剪力墙抗震性能化设计

为满足结构在设防烈度地震作用下的性能目标，采用中震反应谱方法进行等效弹性计算。在中震不屈服下（工况为1.0D+0.8L+1.0 双向地震），底部加强部位剪力墙墙肢出现拉应力。大部分墙肢拉应力都小于ftk，局部墙肢拉应力大于ftk，如图3 所示，在这部分墙肢按构造要求配置型钢，可满足要求。

采用PKPM和SAP2000分别对主楼结构分析模型进行对比分析，构件根据实际尺寸输入模型，主要模型参数如表1 所示[3]，计算周期结果如表2 所示。各项整体指标满足规范要求，得出以下结论：

图3 剪力墙布置图

在进行底部加强部位剪力墙受剪截面条件验算时，以承担地震剪力的L 轴交7～8 轴之间底层剪力墙为例。在预估的罕遇地震作用下，该片墙总剪力为20 643.1kN（其中左侧墙肢剪力为5 786.1kN，右侧墙肢剪力为14 857kN），剪压比超过限值16 795.2kN。故需在剪力墙中设置型钢支撑，此时端部型钢和钢斜撑可承受的剪力值为8 832.8kN，故墙肢截面仅考虑钢筋混凝土部分承受的剪力值可满足大震截面限制条件。

（1）结构弹塑性楼层剪力响应

“心识不灭”与灵魂挣扎——从《我与地坛》看史铁生的散文创作主题………………………………………………彭冠龙（2）：114

采用SAP2000 对转换层楼板进行中震作用下的楼板应力分析，楼板采用C35 混凝土。在中震作用下，4 层楼板大部分正应力小于1.0Mpa，剪力墙附近楼板应力有加大趋势，但整体数值较小。故可按竖向荷载作用进行楼板配筋，并复核包含中震工况下的楼板配筋，以确保楼板传递水平地震力及竖向力。

3.4 罕遇地震作用下的动力弹塑性分析

3.4.1 计算模型

（2）楼板不连续，存在开洞面积大于30%的楼板；

规范建筑工程的施工材料检测流程就需要有专业的检测人员利用专业的检测手段去胜任这份工作。为了保证检测结果的无误首先就是要借助与精密的测量仪器，但是保证建筑工程施工材料的质量还是掌握在检测人员的手中而仪器只是辅助工具。作为一名合格的建筑工程原料检测人员首先就是要有职业道德素养，其次拥有专业的检测技能。具有较高职业道德素养的检测人员对于他负责的检测材料都会秉着认真负责的态度。专业技能过硬经验丰富的检测人员能够灵活的利用手中的测量仪器完成测量任务。

进行弹塑性时程分析时，地震波采用所选的两条天然波TH063TG065、TH002TG065 和一条人工波RH2TG065，以下分别用A、B、C 代指。

3.4.2 结果分析

3.3.2 中震作用下转换层楼板应力分析

工程勘探工作是建筑工程施行之前所必须要进行的工作，但是当前相关人员大多忽视了工程勘探的重要性，仅仅在勘探的过程中做表面工作，或者在勘探的过程中忽视了对土质的物理和化学指标的勘察，另外，在地质勘探过程中，布孔过于稀少或者深度不够都会造成勘探不准确的问题。

在三组地震波作用中，A 波下的结构在X、Y 两个主方向基底剪力最大。大震弹塑性时程剪力是小震弹性基底剪力的3.4～4.4 倍。综合构件损伤情况及基底剪力对比，说明大震时，连梁等耗能构件消耗能量较多，而结构整体刚度退化不大。

（2）结构弹塑性层间位移角及顶点位移

表4 给出了各组地震波输入时，结构各主方向弹塑性最大层间位移角数值。在罕遇地震下结构的最大层间位移角为1/133，小于规范规定的1/100 限值。

表4 各组地震波下结构弹塑性最大楼层位移角

3.4.3 小结

（1）罕遇地震作用下，结构最大弹塑性层间位移角为1/133，满足1/100 的位移角限制要求。

（2）罕遇地震作用下，连梁较早广泛地产生塑性铰，而墙柱产生塑性铰的数量很少，进入塑性阶段的时间也比较晚，达到预期目标。

（3）在罕遇地震作用下，混凝土剪力墙大部分为轻微损坏；框架梁大部分轻微损坏，作为耗能构件，连梁大部分为重度损坏；框架柱大部分仅为轻微损坏。通过罕遇地震的动力弹塑性分析，验证了本项目主体结构能够满足预设的性能化目标。

农田水利建设是一件关系着国计民生的大事，加强对农田水利建设问题的研究具有重要的现实意义。近年来，高台县加强协调配合，创新管理机制，积极开展技术指导与服务，有力推动了全县农田水利建设的稳步发展。

4 关键点分析

4.1 超长楼板温度应力分析

本工程混凝土结构为超长结构，二层平台和三层楼板南北向最大长度达150m，东西向最长达130m。故需对温度作用下的楼板应力进行分析，本工程温度作用按整体升降温25℃考虑。考虑结构升降温时间很长以及后浇带、混凝土徐变等有利影响，温度应力取0.3 的折减系数，楼面温度应力按1.5～2Mpa 考虑。

4.2 悬挑转换钢桁架防连续倒塌分析

由于公共建筑结构需满足抗连续倒塌概念设计的要求，故使用SAP2000 对结构进行防连续倒塌分析。转换桁架在4～8层楼板按零厚度进行分析计算，不考虑楼板的传力作用，拆除拉力最大的一根杆件（K 轴4～6 层拉杆）进行结构分析。计算结果显示，在拆除悬挑桁架单根拉杆后，本结构体系仍然能够有效地将力传递至相邻结构，保证结构体系的完整，结构满足防连续倒塌条件。

5 结论

针对江北新区档案综合服务中心工程主楼进行了多遇地震线弹性分析、关键构件的性能水准验算、罕遇地震弹塑性分析、并对项目难点开展了专项分析。分析结果表明所采用的结构方案可以基本满足各性能水准目标，结构方案安全可行。主要分析结论如下：

（1）采用PKPM 与SAP2000 对整体结构进行弹性分析，且计算结果吻合较好。分析表明结构各项指标均满足相关规范要求。

（2）将多遇地震下弹性时程分析与振型分解反应谱法的分析结果进行对比，表明层间位移角均满足规范的要求，结构小震抗震设计按反应谱法计算安全可靠。

（3）对结构关键部位构件采用性能化设计：底部加强部位剪力墙满足中震下抗剪弹性、抗弯不屈服，转换桁架满足中震弹性、大震不屈服。关键构件满足预期性能目标，保证结构在地震作用下具有足够的安全度。

（4）罕遇地震弹塑性分析结果表明，结构最大弹塑性层间位移角满足规范限值；在各工况下，主要抗侧力构件没有发生严重的破坏，大部分连梁屈服耗能，结构抗震性能较好，各构件均能满足预设的性能目标。

将上述接枝聚合物与同一种SAN树脂共混，保持共混物中橡胶质量分数都为20%，分析共混物的冲击强度，如图3所示。随着接枝率增加，橡胶粒子接枝层厚度逐渐增加，接枝率在30%～60%范围内共混物冲击强度出现峰值。

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（5）针对主楼结构进行了超长楼板温度应力分析、悬挑转换钢桁架防连续倒塌分析和主楼南侧竖向大跨幕墙结构分析等专项分析验算，综合考虑各种不利工况下结构可能发生的损害，并结合分析结果进行包络设计，保证了结构的安全性。

本工程对照各超限项进行了针对性的计算分析，并采取相应的加强措施，重要受力构件具有较好的安全储备，整体结构可以满足预设性能目标。