上海之景市政建设规划设计有限公司 200237
摘要：随着国家经济的快速发展，科技技术的日新月异，预制装配式高层建筑已成为城市建设中的重要组成部分，高度超限在结构设计中也是越来越常见。本文就上海地区某预制装配式高层建筑小区高度超限的结构设计进行了分析，根据结构超限情况提出了结构设计方法和措施，并加以总结，以供类似工程设计参考。
关键词：预制装配式；高层建筑；超限；设计体会；结构设计；剪力墙
一、工程概况
本工程为奉贤区南桥基地大型居住社区15-19A-05A地块,地块面积为25239m2，总建筑面积87754m2。本次规划用地北侧为南行港，东侧为贤浦路，西侧为商业用地，南侧为聚秀路,为市属动迁安置房项目。由1~4#高层住宅、公共服务用房等配套设施组成。
1、2#房建筑面积为14380m2，地下2层、地上25层装配整体式混凝土剪力墙结构，结构高度为71.55m 。
3#房为建筑面积为15627m2，4#房为建筑面积为15585m2，均为地下2层、地上26层装配整体式混凝土剪力墙结构，结构高度为74.4m。
根据上海市《建筑抗震设计规程》（DGJ08-9-2013）表 7.1.3 中的适用最大高度60米，属超限高层建筑，根据沪建质（2015)67号文件、沪建管（2014）954号文规定，应进行超限高层建筑工程抗震设计专项审查。
建筑效果图
二、结构设计(选取3#4#房计算)
1.计算软件及假定：
采用YJK 软件（1.8.3 版）进行计算分析，并采用PMSAP （V3.1.6版）进行复核计算。
2.主要计算假定包括：
1）嵌固端：所有主楼均嵌固在地下室顶板上，地下一层的等效剪切刚度大于地上一层等效剪切刚度的1.5倍以上。
2）地震力计算采用 CQC 法；
3）采用局部弹性楼板进行整体分析，位移比的计算采用楼板强制刚性假定；
4）地震计算中考虑双向地震作用及±5%的偶然偏心；
5）周期折减系数取0.90（高层剪力墙结构）；
6）风荷载体型系数取1.4（高层）；
7）现浇剪力墙承担水平地震作用内力放大 1.1 倍
3.经过YJK与PMSAP两种软件分析计算，经过上表统计比较，各种计算指标也均相似，其中：
（1）.两种软件计算所得的第一平动周期（Y向）相差4.9%，第二平动周期（X向）相差1.5%，第一扭转周期相差3.5%，结构特性基本相符。
（2）.周期比:T3/T1<0.9
（3）.位移:<1/1000
（4）.最大位移与层平均位移比、最大层间位移与平均层间位移比均<1.4。
（5）.刚度比: 地下个一层的侧向刚度大于相邻上一层侧向刚度的1.5倍.
（6）.抗侧力结构的层间受剪承载力均大于相邻上一层的80%
（7）.剪重比>1.6%
（8）.有效质量系数>90%
通过对比分析，可以看出两种软件对于同一结构的分析结果误差可控，分析结果有效。
4.静力非线性（推覆）PUSHOVER 分析
由于3#、4#房预制剪力墙Ｙ向承担的剪力比>50%，同时其高度为74.2m，超过上海市《建筑抗震设计规程》表 7.1.3 中的适用最大高度60米.因此通过 YJK 软件进行罕遇地震下的静力弹塑性分析，考量结构在大震下的抗震性能。推覆力模式按“规定水平力”和“倒三角”2种方式进行分别计算，特征周期取Tg=1.1s,计算结果如下：
从推覆过程看：在小震水平时构件基本完好；在小震往中震的过程中部分连梁先出现塑性铰，外围少量墙肢出现轻微损坏；在中震往大震过程中，连梁出现塑性铰的数量较快增加，轻微损坏的剪力墙数量开始增多，主要集中在每侧外墙，随着推覆力进一步加大，每侧外墙个别短墙肢出现塑性铰，大部分剪力墙仍具备足够的承载能力。
从推覆结果看，在罕遇地震水平下剪力墙破坏情况可控，弹塑性位移角均满足规范＜1/120的要求，结构整体抗震性能均能满足相关规范和设计预设目标要求。
三、PC设计(以3#4#房为例)
1.装配整体式剪力墙结构设计性能目标如下：
1).在正常使用状态下（包括风、雪、自重、温差等作用），结构构件处于弹性状态。
2).在遭受低于本地区多遇地震作用时，结构构件处于弹性状态，预制墙底不出现偏拉，墙板及其连接应不受损伤。
3).在遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震作用时，现浇结构构件可能出现部分损伤，预制外墙板水平缝应处于抗剪不屈服状态。
4).装配式剪力墙的水平缝抗剪强度验算，达到中震不屈服目标；
5).装配式剪力墙的墙肢验算，当多遇地震作用组合工况下出现拉力时，改用现浇混凝土墙，当设防烈度地震作用组合工况下出现拉力时，墙体配筋验算达到中震不屈服性能目标。
2.本工程选用的预制构件的主要种类说明。
1）.预制外墙和预制剪力墙，设计应符合《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014 中7.3.1的相关规定。墙体厚度200mm或260mm，其中结构墙体厚度为200mm，60mm为混凝土外墙模；混凝土强度和配筋根据结构设计确定。剪力墙暗柱现场浇筑，墙肢预制并两侧预留钢筋与现浇暗柱连接。预制剪力墙底部接缝设置在楼面结构标高处，上下层剪力墙竖向钢筋采用全套筒灌浆连接，连接钢筋面积不小于墙体设计竖向钢筋面积。
2).高层住宅叠合楼板总厚度130mm（60mm预制+70mm现浇），预制板表面做成凹凸差不小于4mm的粗糙面、在预制板内设置桁架钢筋，可以增加预制板的整体刚度和水平截面抗剪性能，同时，钢筋桁架的下弦及上弦可作为楼板的下部和上部受力钢筋使用。施工阶段，验算预制板的承载力及变形时，可考虑桁架钢筋的作用，减小预制板下的临时支撑；叠合板的钢筋桁架间距不大于600mm，桁架高度为90mm；标准叠合楼板宽度B≤3400mm，叠合板跨度根据工程实体情况按标准模数设计。预制底板间采用整体式后浇板带连接，钢筋满足互锚要求，保证楼盖的整体性。
双向叠合板后浇板带整体式接缝构造
3).预制楼梯梯板厚度为130mm~150mm，楼梯板采用预制，梯梁及平台板采用现浇，预制梯段板上端、下端均采用甩筋锚入梯梁或者休息平台板的构造以保证楼梯与主体的可靠连接；预制楼梯两端支承均采用固定铰支座。
4). 上下层剪力墙竖向钢筋采用全套筒灌浆双排连接，连接钢筋面积不小于墙板在楼层处弯折钢的面积；墙板两侧预留钢筋与现浇暗柱连接.
预制剪力墙竖向连接详图一
3.装配式剪力墙的墙肢验算:当多遇地震作用组合工况下出现拉力时，改用现浇混墙。
四、针对1#~4#房高度超限的加强措施
1.对结构底部加强区竖向构件及屋面板以及外围剪力墙尽量采用现浇的方式施工，提高结构的整体性。
2.对暗柱采用现浇的方式施工，保证预制剪力墙在小震下不出现偏拉；预制墙板的水平缝采取构造加强，保证中震不屈服。
3.墙体连接构造设计严格按装配式规范执行，同时加强施工要求管控，保证构件连接的可靠性。
4. 严格控制短肢剪力墙所占比例，并对短肢剪力墙的墙肢均采用现浇方式施工。
5. 对于 1#～4#房加强预制剪力墙底部四层分布筋配筋率，通过加强措施保证结构在大震下的弹塑性位移满足规范要求。严格控制整体抗倾覆指标，在多遇地震情况下，底层结构不出现零应力区。
6. 对现浇墙体按多遇地震作用放大 1.1 倍进行竖向构件设计，提高现浇墙段的安全储备。
五、结论
综上所述，1#~4#房装配整体式剪力墙高层建筑的高度虽然超过了《建筑抗震设计规程》（DGJ08-0-2013）的限值要求，但仍在《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）对装配整体式剪力墙结构的限值（100m）范围内。
通过各项计算分析，并采取了各项有效的构造措施，各项计算指标均能满足规范求,1#~4#房具备了满足规范要求的基本抗震性能。
两个程序的计算结果基本一致，本工程结构在7度多遇地震作用下，结构反应均满足规范要求。
论文作者:顾建平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/7
标签：剪力墙论文; 结构论文; 钢筋论文; 位移论文; 现浇论文; 刚度论文; 塑性论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;