關(guān)于山西超限高層建筑規(guī)定中兩條條文的討論

郝 利 君

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

關(guān)于山西超限高層建筑規(guī)定中兩條條文的討論

郝 利 君

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

通過對(duì)《山西省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定規(guī)定》中第四條中兩款條文規(guī)定的分析、計(jì)算，結(jié)合實(shí)際工作中碰到的相關(guān)實(shí)例，分析了這兩款條文在實(shí)際執(zhí)行過程中存在的問題，并提出了進(jìn)一步細(xì)化相關(guān)規(guī)定的建議，以供參考。

超限審查，樓板開洞，上部收進(jìn)，彈性時(shí)程，靜力彈塑性

山西省住房和建設(shè)廳于2011年6月21日發(fā)布的《山西省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定規(guī)定》(以下簡稱《規(guī)定》)，其中第四條，一項(xiàng)不規(guī)則的超限高層建筑界定中有如下兩條規(guī)定：

第11款，樓板開洞：開洞后樓板在任一方向的凈寬(由凈寬不小于2 m的樓板累計(jì))小于5 m，或樓板開洞面積6度、7度(0.1g)和7度(0.15g)、8度時(shí)分別大于蓋樓層面積的35%和30%。

第12款，上部收進(jìn)：上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時(shí)，上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸B1小于下部樓層水平尺寸的0.65倍。

作為一項(xiàng)不規(guī)則界定的條件，此兩條條文具有“一票否決權(quán)”，一旦符合了此兩條規(guī)定的內(nèi)容，即被判定為超限建筑工程，需要進(jìn)行超限審查，對(duì)工程設(shè)計(jì)影響較大。但是在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，碰到一些實(shí)際的工程按此兩條條文來界定并不是十分合理，發(fā)現(xiàn)此兩條條文有值得改進(jìn)、細(xì)化之處。以下分別說明。

1 樓板開洞的界定

此條文來源于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.4.3-1和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.6條關(guān)于樓板局部不連續(xù)的規(guī)定。此條文規(guī)定的考慮是，樓板有較大的凹口或開洞時(shí)，樓板有較大的削弱并可能產(chǎn)生顯著的平面內(nèi)變形，凹口或開洞削弱了平面各部分之間的連接，在地震中平面各部分之間容易產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)而使平面削弱部位產(chǎn)生比較嚴(yán)重的震害。

《規(guī)定》只規(guī)定了開洞率和有效寬度的絕對(duì)值5 m，而未對(duì)有效寬度的比例做出要求。這就導(dǎo)致如圖1所示的結(jié)構(gòu)，由于開洞比較狹長，按開洞率計(jì)算并未超過規(guī)定，有效寬度大于5 m，也未超出規(guī)定。但是由于有效寬度所占比例很小，僅有的有效樓板并不能協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的變形，兩側(cè)結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)，地震作用下僅有的樓板連接部位容易產(chǎn)生比較嚴(yán)重的破壞。

本工程經(jīng)PMSAP進(jìn)行計(jì)算分析，全樓定義彈性樓板，準(zhǔn)確考慮樓板的平面內(nèi)、平面外剛度，計(jì)算結(jié)果顯示樓板連接部位應(yīng)力集中非常嚴(yán)重，如圖2所示。在Y向地震作用下，連接處樓板平面外剪力較其余部位大3倍，此部分樓板在地震作用下必然很快被剪切斷裂，導(dǎo)致嚴(yán)重破壞。

采用PMPM-PUSH軟件，進(jìn)行靜力彈塑性分析，發(fā)現(xiàn)此處連接部位，最先出現(xiàn)塑性鉸，在整樓其余部位完好的情況下，此處梁已出現(xiàn)塑性破壞，如圖3所示。在這種情況下，此處梁板必然先行破壞，不能有效連接兩部分主體結(jié)構(gòu)。

如果兩側(cè)結(jié)構(gòu)更長或者體量更大時(shí)，連接處的樓板將更加難以實(shí)現(xiàn)有效連接的目的，地震時(shí)將更易發(fā)生破壞。

由此可見，雖然此工程按照《規(guī)定》并不超限，但是在地震作用下其破壞會(huì)比較嚴(yán)重，故建議此條規(guī)定不應(yīng)只規(guī)定樓板的有效寬度絕對(duì)值，還應(yīng)將樓板有效寬度占樓板總寬度的比例計(jì)入。

2 上部收進(jìn)問題

此條文來源于《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.5條。此條文規(guī)定的考慮是，當(dāng)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面高度H1與房屋高度H之比大于0.2，且上部縮進(jìn)尺寸超過下部對(duì)應(yīng)尺寸的1/4時(shí)，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)頂部的鞭梢效應(yīng)明顯。按照《高規(guī)》條文解釋“當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層相對(duì)于下部樓層收進(jìn)時(shí)，收進(jìn)的部位越高、收進(jìn)后的平面尺寸越小，結(jié)果的高振型反應(yīng)越明顯，因此對(duì)收進(jìn)后的平面尺寸加以限制”。

以下算例為實(shí)際工程，地下1層，地上9層，剪力墻結(jié)構(gòu)，帶2層的框架結(jié)構(gòu)裙房，8度(0.2g)，Ⅲ類場地，結(jié)構(gòu)平面見圖4，剖面圖見圖5。

從圖4，圖5可知H1=7.37 m，H=28.5 m，H1/H=7.37/28.5=0.26>0.2，B1=13.2 m，B=21.2 m，B1/B=13.2/21.2=0.62<0.65。根據(jù)《規(guī)定》此建筑屬超限工程。

經(jīng)采用PKPM系列SATWE軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，計(jì)算結(jié)果選擇前15階振型，結(jié)果如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析計(jì)算結(jié)果

由以上結(jié)果可見，前5階振型，X向有效質(zhì)量系數(shù)累加可達(dá)83.25%，Y向有效質(zhì)量系數(shù)累加可達(dá)87.41%。再高階振型參與系數(shù)均較小。可見并不存在高振型反應(yīng)明顯的問題。

采用PKPM系列SATWE軟件進(jìn)行彈性時(shí)程分析，選取三條地震波進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖6～圖9所示。

通過圖6～圖9樓層位移曲線、層間位移角曲線、樓層剪力曲線、彎矩曲線可見，在裙房頂部(3層)地震剪力、樓層位移并未出現(xiàn)較大的變化，即并未出現(xiàn)鞭梢效應(yīng)。

由于外擴(kuò)為單跨框架，其對(duì)主樓剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度承載力的影響亦微乎其微，采用帶裙房和不帶裙房的兩個(gè)計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

可見，除了樓層承載力略有影響，加裙房后變化為12.87%外，其余計(jì)算指標(biāo)的變化均可忽略不計(jì)。

由以上分析可知，按照《規(guī)定》此工程為超限工程，但由計(jì)算分析可見并未出現(xiàn)不利的結(jié)果，定義為超限工程并不十分合理。

3 結(jié)語

通過對(duì)《山西省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定規(guī)定》中第四條11款、12款內(nèi)容的討論和計(jì)算分析，認(rèn)為此兩條條文，有進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)的空間。以下為一些參考資料中關(guān)于此兩條條文的規(guī)定，可供參考。

對(duì)11款，樓板開洞的條文，可增加樓板有效寬度比例的要求更為合理。如《超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)指南》對(duì)超限高層建筑界定的規(guī)定中，對(duì)“樓板尺寸和平面剛度急劇變化”一條超限的條文，規(guī)定“樓板有效寬度小于該層樓板典型寬度的40%”；《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》對(duì)“有效樓板寬度偏窄”一條超限條文，增加了樓層數(shù)量的要求，規(guī)定“連續(xù)三層(含三層)樓板有效寬度小于該層樓板典型寬度的40%”。

對(duì)12款，建議收進(jìn)尺寸的界定用于相同結(jié)構(gòu)形式，或參考剛度和承載力的突變比值進(jìn)行綜合控制。而且此條規(guī)定，在《高規(guī)》條文規(guī)定僅為“宜”，將此條文75%簡單修改數(shù)值為65%列入《規(guī)定》，作為一條超限條文是否過于嚴(yán)格。在建設(shè)部發(fā)布的《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》(建質(zhì)[2010]109號(hào))、《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查實(shí)施細(xì)則》中的超限條文均無此條文規(guī)定。

由于作者水平有限，文中觀點(diǎn)僅供參考，如有不妥之處，敬請(qǐng)各位專家、同行指正。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[4] 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[5] 建質(zhì)[2010]109號(hào)，超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)[S].

[6] 呂西林.超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)指南[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2009.

[7] 滬建管[2014]954號(hào)，上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則[S].

[8] 粵建市函[2011]580號(hào)，廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查實(shí)施細(xì)則[S].

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