【摘 要】某装配式超限高层项目由两栋高层塔楼及下部三层裙房形成大底盘双塔结构。塔楼采用装配整体式框架 - 现浇剪力墙结构。塔楼存在扭转不规则、偏心布置、顶部收进、复杂结构、平面凹凸尺寸偏大等超限情况，属于超限高层结构。主要针对塔楼和裙房的工程特点及在超限高层结构设计一些关键问题进行介绍，对塔楼进行弹性分析、时程分析和静力弹塑性分析，分析结果表明，结构各项性能指标均符合国家规范的要求。
【关键词】装配式；超限高层；弹性分析；时程分析；静力弹塑性分析
【中图分类号】TU318 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）08-0057-03
1.项目概况
本工程位于上海市宝山区，地块内设置东西两侧裙房及六栋塔楼（见图1），地下为两层地下室，地下一层层高4.5米，地下二层层高3.3米，其中塔楼5#楼18层，高度82米，塔楼6#楼16层，高度73米，由下部三层商业裙房连为一体，裙房高度14.7米，形成大底盘双塔结构，为超限高层。本工程按照上海市政府的要求，需要做装配式预制混凝土结构，预制率为30.21%。
图1 建筑总平面图5#6#楼位置
2.结构特点及预制率计算
本项目结构类型为“装配整体式框架 - 现浇剪力墙结构”。裙房及其上一层采用现浇结构形式。除裙房及裙房上一层外预制构件的使用范围为各层预制柱，各层叠合梁、各层桁架钢筋混凝土叠合板（除屋面外）以及各层预制楼梯。裙房及标准层结构布置见图2、3，塔楼底部七层以下框架柱截面1000mm×1000mm；剪力墙厚度600~400mm，以上框架柱截面900mm×900mm，剪力墙截面400mm，框架梁为300mm×900mm。裙房框架柱截面为700mm×700mm，框架梁一般为400mm×800mm。
预制梁柱节点采用后浇整体节点，预制柱纵筋采用灌浆套筒连接，叠合框架梁底筋在梁柱节点内锚固、连接，或在节点外连接；叠合主次梁相交节点采用后浇整体节点，次梁梁端设置后浇段；叠合框架梁的梁端箍筋加密区采用整体封闭箍筋，叠合框架梁非梁端箍筋加密区及叠合非框架梁采用组合封闭箍筋或整体封闭箍筋。预制楼梯两端简支连接。
预制率计算方案采用下列公式计算（沪建交联[2013]1243号《关于本市进一步推进装配式建筑发展的若干意见》实施细则）。
本工程预制混凝土构件的体积与现浇混凝土体积之和为65622.3m3，预制混凝土构件体积为19825.2m3，预制率30.21%。
5#塔楼 6#塔楼
图3 标准层结构平面图
3.结构分析及主要计算结果
3.1 计算分析程序
本工程塔楼存在扭转不规则、偏心布置、顶部收进、复杂结构、平面凹凸尺寸偏大的情况，属于超限高层结构。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)[1](简称高规)5.1.12条应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算相互复核。本项目盈建科作为主要计算软件，同时采用PKPM软件进行复核比较，主要动力特性方面两个软件的计算结果基本一致。图4,5分别为塔楼整体模型和分塔计算模型。
图5 分塔计算模型
3.2 结构弹性分析
本工程抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，多遇地震作用下水平地震影响系数最大值为0.08，建筑场地类别为Ⅳ类，特征周期0.90s。塔楼和裙房周期折减系数为0.8，阻尼比为0. 05，考虑偶然偏心和双向地震作用。表1为塔楼弹性分析的计算结果。由表1可见，塔楼的扭转周期比、最大层间位移角、最大位移比、剪重比、刚重比等各项整体指标均能满足高规的要求且主要计算参数比较一致，说明软件计算结果正确可靠。通过进一步的分析可以发现，其层间变形比较均匀，刚度分布均匀，变形合理，无特别变形集中部位，突变部位。
3.3 结构弹性时程分析
为校核振型分解反应谱法的计算结果，根据《高规》第5.1.13条第二款“应采用弹性时程分析方法进行补充计算”要求，按照《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2010）[2]之5.1.2条原则，弹性时程分析采用盈建科程序，计算时从《上海市建筑抗震设计规程》 （DGJ 08-9-2013）[3]（简称上海规范） 附件和盈建科软件的地震记录库中选取7条地震波，其中2条人工波，5条天然波。7条所选波平均反应谱与规范谱误差在20%以内，满足规范要求。
塔楼时程分析计算结果表明图中显示，其基底剪力同时满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）之：每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%，见表2。
3.4 弹塑性静力分析方法补充计算
根据《高规》第5.1.13条第三款“宜采用弹塑性静力或弹塑性动力分析方法补充计算”要求，其地震动参数以《上海规范》取值，即罕遇地震下水平地震影响系数最大值0.45，特征周期值取1.1s。对结构X、Y向分别进行推覆，大震作用下作用下性能点处最大层间位移角满足规范要求罕遇地震作用下的层间弹塑性位移角的1/100层间位移角限值要求。罕遇地震作用下连梁比较严重损坏、墙肢、部分框架柱现塑性铰，较多梁现塑性铰。
4.针对超限采取的抗震措施
本工程的超限主要大底盘双塔超限，针对此特点，从整体结构体系、设计内力调整、补充计算及增加延性等方面采取措施。（1）针对大底盘双塔结构，设计中严格控制整体侧向刚度、层间位移角、最大层间位移比等使其满足规范要求；严格控制结构的扭转效应，最大位移比为1.37，不超过1.4，扭转周期与平动周期比为0.839，不超过0.85；（2）对大底盘屋面加厚至150mm，结构计算时对连接两塔楼的裙房楼板及屋面板设置为弹性板，充分考虑双塔楼之间的相互影响及相连楼板的受力，构造措施方面，对底盘屋面及上下各一层的楼板最小配筋率提高至0.25%，双层双向贯通配筋。（3）施工图设计时，剪力墙的底部加强区延伸至裙房屋面上一层，配筋率适当提高。对裙房屋面上下各2层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级，同时加强底盘周边竖向构件的配筋等构造措施，对于塔楼中与裙房相连的外围柱提高配筋率，箍筋在裙房屋面上下各一层范围内全高加密。对5#楼17层、6#楼15层收进部位楼板加厚为150mm。外围框架柱、剪力墙上下各2层抗震等级提高一级，提高配筋率，箍筋在收进屋面上下各一层全高加密。（4）穿层柱在分析中采取修改计算长度(配筋计算采用全楼弹性)的方法，以体现其水平刚度的折减及承载能力的变化，同时施工图设计时，对穿层柱地震力按1.1倍结果计算配筋。（5）对于存在的短柱，严格控制轴压比，箍筋全高加密。一、二层层高较高不存在短柱，第三层层高4500mm，有个别短柱，计算结果表明，轴压比最大为0.64小于限值0.7。
5.结论
本文论述了本项目塔楼的结构体系和结构布置、结构线弹性分析、时程分析及弹塑性分析，以及针对超限部分所采取的构造措施等内容。由于结构在设计中采取了较为合理的结构布置及有效的构造措施，从而减小了规则性超限带来的不利影响。分析结果表明：结构在多遇地震、设防烈度及罕遇地震下均具有良好的抗震性能，各项性能指标均符合国家规范的要求。
参考文献
[1]JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011．
[2]DGJ 08-9-2013上海市建筑抗震设计规程[S].上海:上海市建筑建材业市场管理总站,2013．
[3]GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010．
作者简介：王剑锋，男，1984-09，江苏泰兴人，硕士研究生学历，研究方向为超限高层建筑结构设计。
论文作者:王剑锋
论文发表刊物:《建筑知识》2017年8期
论文发表时间:2017/6/20
标签：塔楼论文; 结构论文; 塑性论文; 叠合论文; 框架论文; 位移论文; 弹性论文; 《建筑知识》2017年8期论文;