淺談南方科技大學產(chǎn)業(yè)園A區(qū)超限結構設計

胡志民

摘 要：南方科技大學產(chǎn)業(yè)園位于深圳市南山區(qū)，為7塔樓復雜高層。介紹了鋼筋混凝土框架剪力墻結構超限設計和地下室設計的要點、構造情況及設計方法。

關鍵詞：超限高層建筑；彈性時程分析；彈塑性時程分析

中圖分類號：TU312

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）08-0123-04

1 前言

隨著建筑功能的日益豐富，人們對建筑內(nèi)部布置的要求逐漸提高，為了滿足室內(nèi)空間更加合理的分配，在結構上常出現(xiàn)平面不規(guī)則或者豎向不規(guī)則的情況。當不規(guī)則程度在一定范圍內(nèi)超過了規(guī)范所規(guī)定的限值，將被列為超限結構。對此類超限結構，應按國家建設部要求，申請全國超限高層審查委員會組織專家從技術角度進行多方論證，力求在抗震、消防等方面保證建筑物的質量安全。隨著高層建筑的增多，將高層建筑的設備用房、地下消防水池和汽車停車位等設置在地下室，不僅能夠充分地發(fā)揮地下室的作用，而且又滿足的基礎埋深的要求，同時還可以用作人防地下室，以滿足戰(zhàn)時需要。因此，在高層建筑的設計中，地下室的設計變得尤為重要。現(xiàn)以南方科技大學安置工程為例，對超限設計和地下室設計這兩方面進行深入的討論。

2 工程概況

根據(jù)前面制定的抗震性能目標，柱按中震彈性進行復核。根據(jù)計算結果，大部分框架柱滿足抗彎中震彈性和抗剪中震彈性，但地上第二層存在一根柱剪力值較大，達到1066kN，這根柱主要數(shù)處于首層下塌廣場角部，存在剛度突變，施工圖階段將適當增加此根柱及其上下層柱箍筋配筋率。

5.4罕遇地震下動力彈塑性時程分析（大震）

采用ABAQUS軟件對建筑物在罕遇地震下進行動力彈塑性時程分析。地震波選取場地安評報告提供的1條人工波（RGB2）和2條天然波（天然波1（H115）- SAN FERNANDO EARTHQUAKE和天然波2（C048）- SAN FERNANDO EARTHQUAKE），進行結構的時程分析。計算分析結果表明：

5.4.1罕遇地震作用下，三條地震波以0度和90度為主方向輸入時結構的最大層間位移角為1/170和1/165，均小于《高規(guī)》第3.7.5條要求框架—剪力墻結構1/100的限值，整體滿足“大震不倒”的性能目標；

5.4.2各組地震波作用下的層位移曲線呈現(xiàn)明顯的彎剪型，底部受彎變形明顯，而到上部呈現(xiàn)受剪變形；

5.4.36組地震波作用下結構底部承擔的剪力約為80000kN，為小震CQC法計算底部剪力的5.5倍，小于大震地震影響系數(shù)最大值和小震影響系數(shù)最大值之比6.25，說明彈塑性分析時，結構已經(jīng)出現(xiàn)部分剛度損失。

5.4.4從結構平面四個角點的位移輸出值可以看出，不同點位移存在較大差異，說明結構扭轉效應明顯。

5.4.5通過兩組天然波和一組人工波分析結果可以看出，斜柱受壓損傷值較低，人工波作用下下部出現(xiàn)0.4值的受壓損傷，其他部位損傷值幾乎小于0.2，大部分處于中度損傷以下，且斜柱內(nèi)鋼筋僅出現(xiàn)微小塑性應變，框柱除了頂部機房層出現(xiàn)壓損傷值大外，其他位置損傷值都在0.3以下，且這些構件內(nèi)鋼筋塑性應變很小，框架柱抗震承載力足夠，考慮到柱構件的關鍵性，施工圖階段將適當增大底部一層斜柱截面，同時將塔樓外圈圓柱截面由D900mm增大為D1000mm；

5.4.6剪力墻下部長墻肢出現(xiàn)局部較大值損傷，但損傷沒有貫穿墻肢截面高度，從墻肢內(nèi)鋼筋塑性應變值來看，除了頂部機房部分應力集中位置外，大部分塑性應變值在0.003以下，說明部分墻肢內(nèi)鋼筋屈服，但鋼筋塑性應變值遠小于鋼筋極限塑性應變值，保證了鋼筋沒有拉斷。對于墻肢損傷嚴重部位，施工圖階段也采取加強措施，適當增大剪力墻厚度；

5.4.7從混凝土受壓損傷值可以看出來，最大值為0.7，梁內(nèi)縱向鋼筋最大值0.002，遠小于鋼筋極限塑性應變值，說明部分梁端成為塑性鉸，但梁還能把結構連為一體，梁端塑性鉸的形成起著耗能作用，且與斜柱相連的框梁內(nèi)縱向鋼筋保持彈性，說明這些構件的配筋能抵抗相應的軸力值，混凝土梁抗震承載力足夠；

5.4.8從樓板受壓損傷和板內(nèi)鋼筋塑性應變值云圖可以看出，樓板的壓損傷主要集中在框架梁兩側（框架梁剛度較大）和、樓梯、電梯洞口周圍及結構平面凸出的區(qū)域?；炷潦軌簱p傷值在0.7以下，鋼筋塑性應變在0.01以下，說明樓板進入塑性階段，但混凝土還沒完全壓碎，且板內(nèi)鋼筋塑性應變值小于鋼筋極限塑性應變值，施工圖階段，增加損傷值較大部位配筋，特別是與連廊相接部位樓板配筋。

6 超限分析結論

6.1小震彈性分析：結構樓層扭轉位移比超過1.2，但小于1.5（A級高度），結構層間剛度均勻，沒有存在過大的突變；結構在地震作用下的層間位移角、樓層抗剪承載力之比、剪重比、剛重比均滿足規(guī)范要求。

6.2中震分析：柱構件滿足中震彈性性能目標，剪力墻和框架滿足中震不屈服性能目標。樓板較大應力區(qū)通過增加局部配筋，可滿足樓板鋼筋中震不屈服的性能目標。

6.3罕遇地震分析：框架柱受壓損傷值較低，部分梁端成為塑性鉸，但還未達到破壞鉸。樓板滿足罕遇地震作用下抗剪截面要求。結構在所選地震波作用下層間位移角小于規(guī)范1/100要求，從變形看出，結構在所選地震波作用下可實現(xiàn)大震不倒。

7 結構超限的抗震加強措施

針對本工程超限情況，采取了以下措施：

7.1在施工圖設計階段地震作用取時程分析的包絡與CQC結果的較大值，對CQC的結果按時程結果進行調(diào)整放大。

7.2剪力墻分散布置，以提高主體的抗扭剛度，同時剪力墻的布置盡量調(diào)整到剛度中心與樓面質量中心接近，減少扭轉的效應，根據(jù)罕遇地震分析出的薄弱地方，適當增大這些部位剪力墻厚度；

7.3對于樓板大開洞和平面凹凸不規(guī)則，加大各層樓板厚度，最小厚度不小于120mm，同時采用雙層雙向布置鋼筋焊接網(wǎng)。

7.4對于平面扭轉不規(guī)則，外圍的柱子底部5層增大截面，圓柱截面由直徑900mm增大為1000mm，同時也增大第一層斜柱截面，由直徑600mm增大為700mm，且柱子箍筋全長加密，加強柱子的抗扭、抗變形能力。

7.5對大震分析中，墻肢損傷嚴重的部位適度增加剪力墻厚度，并加強配筋。

8 結語

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》和《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的有關規(guī)定，我們對此項超限結構在多遇地震作用下，采用彈性反應譜和彈性時程分析進行彈性分析和設計，保證小震彈性的性能目標；在設防地震作用下，采用SATWE設計方法，通過控制構件的配筋大小來實現(xiàn)構件的中震性能目標；罕遇地震作用下，采用動力彈塑性分析方法，對結構完成進一步的彈塑性動力分析。分析結構表明，通過采取一些加強措施，本工程結構能實現(xiàn)擬定的性能目標，確保了結構的安全。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點.2003.

[2]徐培福，傅學怡等.復雜高層建筑結構設計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]中華人民共和國國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]中華人民共和國國家標準《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》 （JGJ 3-2010） .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.