吳偉東

(中國中建設計集團有限公司廈門分公司　福建廈門　361008)

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基于超限問題的解決策略和注意事項

——以某圖書館高層部位為例

吳偉東

(中國中建設計集團有限公司廈門分公司福建廈門361008)

分析了適用學校類平立面超限的高層建筑。以圖書館高層部分框架結構超限審查流程介紹為例，從梳理項目概況到分析結構單元超限特征以及超限應對措施的擬定，并特別強調了施工階段的措施應對，最后總結盤點了高層建筑超限審查的注意問題。

高層圖書館；框架結構；超限

1　項目概況

莒南第二圖書館(見圖1)總建筑面積為47 500m2，其中地上建筑面積35 500m2，地下建筑面積12 000m2。

圖1　圖書館全景

功能設置：地下一層為停車庫，一二三層為書庫、閱覽區(qū)與檔案區(qū)，四五層為辦公區(qū)，六七層為會議區(qū)，其中七層設大型會議廳。地下一層建筑平面長151.2m，寬76.6m。地上部分平面為U型三面圍合形式，通過設置抗震縫將上部結構劃分為南、北、中間3個獨立結構單元。

層高關系：中間高層部分層數為8層，室內外高差0.6m。地下一層層高5.2m，一層層高為5.65m,二～六層層高4.5m，七層層高6.05m，八層為機房層3m，建筑高度為37.2m。南北兩側多層建筑層數為5層，室內外高差0.6m，地下一層層高5.45m，一層層高為5.40m,二～五層層高4.5m，建筑高度為23.7m。地下室頂板非人防部分板厚180mm,人防部分板厚250mm。

結構特征：本文主要針對中間高層結構單元。6層(大屋面層)高度23.65m，8層(小屋面層)高度37.2m。一、二層建筑平面呈長十字形，最長處98m，最寬處51.6m；三～六層建筑平面寬度收進后為43.2m；六層以上建筑平面長度收進后為36.2m，寬度收進后為34.8m；上部結構采用鋼筋混凝土框架結構體系，現澆梁板式混凝土樓屋蓋?；A采用柱下樁承臺+防水板的形式，防水板厚700mm，選用PHCΦ700AB型預應力高強鋼筋混凝土管樁作為承壓型樁基，采用同一種管樁作為抗拔樁。承壓樁樁長28m，以⑦1-2粉砂層作為樁端持力層，單樁豎向承載力設計值Ra=1 150kN?？拱螛稑堕L24m，以⑦1-1砂質粉土層作為樁端持力層，單樁豎向抗拔承載力特征值Ra=680kN。計算的最大沉降值約為49mm。地質資料表明本工程場地以下20m深度范圍內②3-3層砂質粉土層為設防烈度地震作用下的輕微液化土層。設計所取的建筑抗震設防類別(丙類)、設防烈度(7度)、設計基本地震加速度0.10g、設計分組第一組、場地類別上海Ⅳ類、多遇地震下特征周期(0.9s)、抗震等級(框架二級)、結構阻尼比(0.05)、抗浮水位-1.6m。

2　結構單元超限特征

結構單元存在的平立面不規(guī)則如下：

(1) 扭轉不規(guī)則：在規(guī)定水平力作用下考慮偶然偏心時，部分樓層的位移比大于1.20。

(2)樓板不連續(xù)：三、四、五層樓面扣除洞口及樓電梯尺寸，有效樓板寬度小于典型樓板寬度的40%，并形成局部躍層柱。

(3)尺寸突變：六層其局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的30%。

(4)豎向構件不連續(xù)：五層標高處有16根柱子的內力通過轉換梁向下傳遞。

根據超限建筑抗震設防管理實施細則的界定標準，該結構單元屬于平面不規(guī)則和豎向特別不規(guī)則的超限高層建筑[1]，根據建設部第111號令、建質〔2010〕109號文件應對其進行超限高層建筑工程抗震設防專項審查。如圖2～圖5所示。

圖2　一層平面圖

圖3　二層平面圖

圖4　五層平面圖

圖5　六層平面圖

3　超限應對措施

(1)結構計算采用兩個軟件PMSAP和SATWE進行彈性階段的計算分析，計算以地下室頂板作為上部結構的嵌固端，采用扭轉耦聯的振興分解反應譜法，考慮了單向地震作用下的偶然偏心，將三到六層開大洞的外圍樓板定義為彈性板進行應力分析，剛度比、剛重比、位移比、剪重比、周期比、層間受剪承載力比的計算指標見表1；根據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》，采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算[2]。選用一條人工波(SHM2-4)H和兩條天 (TH1TG090TH3TG090)補充了彈性動力時程分析，時程分析與彈性計算的計算指標比較見表2。

(2)并用EPDA&PUSH進行了彈塑性靜力補充計算見圖6、圖7。計算結果表明地下室結構的樓層側向剛度大于一層側向剛度的2倍，因此地下室頂板可以作為上部結構的嵌固部位，軸壓比滿足抗震規(guī)范6.3.6條的限值[1]。PMSAP和SATWE兩個軟件的計算結果在總體指標上的趨勢基本相同。結構的第一、第二振型均以平動為主，第三振型為扭轉振型，以扭轉為主振型的周期與第一平動周期的比值均小于0.85；各樓層的層間位移角均小于1/550；在規(guī)定水平力考慮偶然偏心下各樓層的最大位移與平均位移的比值均小于1.40；中震地震作用的方向角基本一致，轉換梁按中震不屈服設計；各樓層上下的側向剛度比及受剪承載力比值表明，豎向不存在軟弱層或薄弱層；彈性動力時程分析單條波計算的基底剪力大于振型分解反應譜法基底剪力的65%，3條波基底剪力的平均值大于振型分解反應譜法的80%。

(3)施工圖階段采取的措施：

①由于立面在第六層收進，將第六層板厚加厚為140mm，采用雙層雙向配筋，并將配筋率適當加強。收進部位的上下層柱配筋適當加強，箍筋全高加密。

②板厚均≥120mm，計算時將洞邊的樓板設定為彈性板，配筋雙層雙向拉通，且配筋率不小于0.25%。將洞口邊梁的配筋率控制在1.2%以上且縱筋上下拉通。

③加大邊梁的尺寸，以提高抗震抗扭能力。電算中采用SATWE和PMSAP兩種空間結構計算程序進行分析，保證結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比不大于0.85，在考慮偶然偏心的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移不大于該樓層平均值的1.4倍。角柱配筋適當加強，箍筋全高加密。

(4)控制軸壓比，計算顯示柱最大軸壓比0.73，邊柱的最大軸壓比為0.66。對軸壓比超過0.75(樓梯間超過0.65)的柱子全高采用井字復合箍，且箍筋間距不大于100mm、肢距不大于200mm、直徑不小于12mm的箍筋。

表1　兩個軟件PMSAP和SATWE進行彈性階段的計算指標對比分析

表2　彈性動力時程分析：時程分析與彈性計算的計算指標比較

(5)按實際高度對二層、三層的穿層柱長細比進行人工修改，并適當放大縱向配筋，加強其上下端與樓板的連接。

(6)采用滑動支座樓梯，計算不考慮其對結構剛度的影響，并適當加大梯柱、梯梁的配筋。

(7)適當放大五層梁托柱相關構件的配筋。

(8)采用時程分析的包絡值和振型分解反應譜法計算的地震作用的較大值進行配筋。

圖6　彈塑性靜力補充計算1

圖7　彈塑性靜力補充計算2

4　結語

基于本次超限審查，高層建筑超限審查的注意問題大致如下：

(1)盡可能保證建筑形體及其構件布置的規(guī)則性，具體參見《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2015)和臨沂市工程建設規(guī)范《建筑抗震設計規(guī)程》(J10284-2013)3.4.2，3.4.3，3.4.4，3.4.5條相關條文。

(2)平立面不規(guī)則主要類型的具體指標可參見建質〔2015〕109號文件《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》和魯建建〔2015〕關于印發(fā)《超限高層建筑抗震設防管理實施細則》的通知。特別是具有某一項不規(guī)則的高層建筑工程即可判定為超限高層，盡量避免大超限。

(3)超限高層會要求采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算和簡化的彈塑形分析罕遇地震下結構的變形。工程中選取地震波應遵循靠譜原則：

頻譜特性相符：頻譜特性用地震影響系數曲線表征，所選多組地震波的平均地震影響系數曲線(計算程序有圖形輸出)與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線(計算程序有圖形輸出)在統(tǒng)計意義上相符(指在對應于結構主振型周期點上相差不大于20%，可直接在計算程序輸出的圖形上比較，查找并確定當周期為結構主周期數值時，上述兩圖形的差異值是否滿足小于20%的要求)。

計算結果相近，彈性時程的分析結果應與振型分解反應譜法相近，即每條時程曲線計算所得的結構底部剪力與振型分解反應譜法計算結果的比值不應小于0.65，也不應大于1.35，多條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值與振型分解反應譜法計算結果的比值不應小于0.8，也不應大于1.2。

有效的持續(xù)時間，一般從加速度首次達到該時程曲線最大峰值的10%算起，到最后一點達到最大峰值的10%為止，約為基本周期的5～10倍及不小于15s[3]。當被要求對重要部位或重要構件按“中震”進行設計，相應的時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值見高規(guī)4.3.5。具體詳見抗震規(guī)范5.1.2，5.1.4，5.5.5條具體要求[1]。

(4)可能會要求補充彈塑形靜力推覆分析。

[1]GB50011-2015 建筑抗震設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[2]JGJ3-2015 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3]朱炳寅.JGJ3-2010,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程應用與分析[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.

Analysis of the solution strategy and matters needing attention based on the the library problem of out of limitation

WU Weidong

(China Construction Design Group Co., Ltd.Xiamen branch， Xiamen 361008)

In this paper, this article primarily introduces the structural design of a high-rise library with irregular horizon-tal and vertical planel which is suitable for school，taking the structural ultralimit review process of the top part of the library as an example .From analyzing the general situation of the project to analyzing the overrun characteristics of the unit of the structure and the formulation of the Countermeasures, with special emphasis on the response measures of the construction phase, finally summarized the matters needing attention of ultralimit review process of the high-rise building,hoping to be helpful to readers.

High-rise library;Frame structure;Out of gauge

吳偉東(1981.8-)，男，工程師。

E-mail:464188335@qq.com

2016-05-05

TU3

A

1004-6135(2016)08-0057-04