奉贤新城 09 单元 09A-03A 地块项目结构抗震性能化设计

杨春菊

上海德森建筑设计有限公司

【摘要】奉贤新城09单元09A-03A地块项目G5#单体有三项不规则：1）扭转不规则，2）楼板局布不连续、3）竖向抗侧力构件不连续，另个还有效楼板宽度偏窄，特别不规则项为一项。属于超限高层。采用性能的抗震设计方法，经盈建科和迈达斯两种软件分析设计，抗震性能化目标依规范判断定义为D级。 进行了三种地震作用分析，小震（反应谱分析和弹性时程分析）计算；中震分析：(包括弹性分析和中震不屈服)，大震作用计算：（动力弹塑性分析）。计算结果得出，结构各项控制指标控制在规范要求范围内，并加强了抗震构造措施，结构整体性能及构件承载力均可以达到预期性能目标。

【关键词】超限高层 性能化分析

1 工程概况

本项目为奉贤新城09单元09A-03A地块项目，位于奉贤区，该地块东近金海公路，西至达政路，南至解放东路，北至浦南运河。土地面积48179.90平方米。

09A-3A地块由两栋高层建筑（G4、G5）和两栋多层建筑（D7、D8）及一个地下室车库组成。高层建筑使用功能为办公（G5局部为停车楼）。

本项目按上海装配式政策要求，装配式建筑面积实施比例100%进行装配式设计，建筑单体预制率为41%，大于40%预制率要求。

2 结构体系

G5楼上部平面接近长方形，东西向约31.9m，南北向约55.9m。地上总层数为10层，首层和顶层层高4.5m，其余层层高4.0m，结构高度41.1m；本子项采用装配整体式钢筋混凝土框架体系，G5右下角范围在7层下为停车楼。

4.5m，其余层层高4.0m，结构高度41.1m；本子项采用装配整体式钢筋混凝土框架体系，G5右下角范围在7层下为停车楼。

混凝土梁

停车楼

钢梁

图7.1-12 G5 停车楼局部剖面图

因停车楼上部柱网和下不一致，为了更好的实现建筑功能，结构设计时在7层位置，即停车楼顶部办公楼层对于不能落地位置柱进行转换，导致本子项存在局部构件转换。同时，因停车楼层高2.5 m，导致停车楼局部楼板（带扁钢肋的花纹钢板）标高和结构楼层标高不一致，停车楼剖面见上图。转换层部分，为此次设计分析的重点和难点，将在在后面章节中进一步针对性计算设计。

3 水平荷载取值

3.1风荷载

3.1 基本参数

根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)版：

50 年一遇的基本风压： w₀=0.55 kN/m²

地面粗糙度类别 : B 类

3.2 基本风压重现期

根据《高规》4.2.2规定，对风荷载算比较敏感的建筑（如G5停车偻），承载力设计时直接按基本风压（50年）的1.1倍采用；

根据以上条文规定，结合相关工程经验，综合考虑到整体工程的经济效能，各工况下重现期按以下原则确定：

• 整体位移计算按50年重现期确定风压；

• 承载力设计时按50年重现期确定风压，G2单体（房屋高度大于60m）放大系数按1.1倍；

• 计算舒适度时采用10年重现期的风荷载。

3.3 地震作用

3.3.1规范规定

依据《抗规》、上海市《建筑抗震设计规程》及项目地勘报告，结构分析和设计采用的地震作用参数为：抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第二组，场地类别为IV类场地，特征周期为0.9S，抗震措施为7度。

3.3.2 本工程地震动参数选用

本工程的地震动参数按以下原则采用：

小震、中震和大震作用计算时，反应谱参数取规范值；

4. 结构超限分析与结构设计性能目标

4.1结构超限判定

不规则项判定 (G5#）

4.2结构抗震设计性能目标的设定

4.2.1 G5#塔楼存在三项小超限，特别不规则项为1项，如下所列：

• 结构扭转不规则：在设计计算过程中发现偶然偏心作用下的楼层最大层间位移比为1.39>1.2；

• 结构布置楼板局部不连续：经复核开洞面积为本层面积的57.5%（二层）、36.2%（三~六层）；

• 结构竖向抗侧力构件布置不连续，上下墙、柱、支撑不连续，停车楼顶在第7层处进行了转换处理；

• 有效楼板宽度偏窄：2~7层楼板有效宽度小于典型宽度40%

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质[2015]67号及《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》（沪建管[2014]954号）（以下简称“细则”）有关规定，本工 G5#单体一般不规则项为3项、特别不规则项为1项。G5#均属于超限高层建筑。

4.2.2 结构设计性能目标

根据G5的结构布置特点，综合考虑1)抗震设防烈度;2)场地条件;3)结构的特殊性;4)建造费用;5)震后损失和修复难易程度等多方面因素，根据《高规》3.11节结构抗震性能设计的有关内容，确定本工程抗震性能化目标为D级，即在多遇地震、设防地震及罕遇地震作用下分别达到1、4、5三个水准的性能要求。其中底部加强区核心筒、框架柱、转换柱、转换梁、穿层柱、连廊连接位置梁柱保证中震承载力不屈服的性能要求，大震下满足抗剪截面的要求。地震水准：小震不坏，中震不倒，大震可修。

5 弹性计算结果分析

5.1 上部结构采用北京盈建科软件股份有限公司开发的YJK建筑结构设计软件（版本号：2.0.3）进行分析及迈达斯（2020版）进行计算对比分析计算。

5.1.1振型与周期

5.1.2振型与周期

5.1.3 墙、柱轴压比

G5#楼单体柱一层最大轴压比为0.63，最小轴压比为0.19。

通过上述两种软件计算结果的汇总分析，可以看出两种软件计算的周期、位移、底部总荷载、总倾覆力矩、剪重比等指标均很接近，说明计算分析结果是准确合理的。

6.1多遇地震下结构弹性时程分析补充计算

根据G5停车楼的结构布置特点，在设计时，按建筑场地类别+设计地震分组，同时选用二组的实际强震记录+一组人工模拟的加速度时程曲线进行分析，通过多项分板以满足现行抗震规范的规定。

选择地震加速度时程曲线的时，着重考虑所选择的曲线满足：1）本工程场地地震动的频谱特性；2）有效峰值；3）持续时间三要素的要求。

对于持续时间，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3–2010）4.3.5 条文解释，不宜小于建筑结构基本自振周期 5 倍和 15 秒的要求。本工程结构单体（G5#）基本周期均不大于3秒，因此有效持时按不小于 15 秒进行选用。

2.对G5#单体选取SHW2（人工波）、SHW6（天然波）、SHW7（天然波）这三条波进行时程分析。

通过以上分析计算，我们看到，规范谱与反应谱对图中中得出，周期一，主要振型周期点差2%，周期二，结构主要振型周期点2%，周期三，结构主要振型周期点为12.8%，周期点差均小于20%。达到的规范要求的设计指标。

7.1 罕遇地震弹塑性分析

本工程对建筑结构（G5停车楼）需进行了第二阶段的抗震设计,即罕遇地震作用下的结构弹塑性变形验算设计，保证G5停车楼在大震作用下，不倒塌的抗震最终目标。

7.1.1结构分析方法

1. 施加竖向静力荷载，侧推分析的初始应力为结构的计算内力。

b. 采用模态模式(倒三角形和矩形侧推荷载)加载形式，采用弧长控制增量法进行非线性静力推覆分析。

c. 根据需求谱与能力谱关系确定对应的罕遇地震下的结构反应特性和弹塑性发展情况

7.1.2 计算结果

表7-5-3 G5#单体计算结果汇总表

G5#在罕遇地震作用下基底剪力除以小震作用下基底剪力的结果X方向为3.66，Y方向为3.51，结果合理。在罕遇地震作用下的最大弹塑性层间位移角X 向1/116(模态分布)；Y 向1/115(模态分布)，均能满足规范1/50 的限值要求。在中震工况下，仅局部个别梁出现塑性铰，大震工况下部分框架梁出现较严重破坏，少部分柱进入塑性阶段。转换柱、穿层柱在中震下不出现塑性铰，而仅在大震中出现。大震工况下梁出现塑性铰也基本上为具备延性和耗能的受弯铰，未出现过多的脆性破坏。

经分析得知结构在罕遇地震下仍具有较稳定的抗侧推能力；

十二、抗震加强措施及结论

12.1抗震加强措施

12.1.1重视抗震概念设计

（1）本项目中G5为平面及竖向不规则，局部楼层质量与刚度分布明显不均匀的结构，计算双向水平地震作用的扭转影响。

（2）加强关键部位楼面刚度和配筋，以保证水平力的传递。

（3）楼板缺失部位通过加强板厚及配筋以减少结构的薄弱性。

（4）增加结构的延性，提高结构在地震作用下的变形和耗能能力的主要措施有，严格控制柱的轴压比、增加关健部分，如梁的箍筋等，如保证结构的大震不倒。。

12.1.2结构计算及分析

（1）设计选用盈建科和迈达斯两种计算软件进行计算和分析，互为校核，以确保计算结果的准确性。

（2）选用弹性时程分析和弹塑性静力推覆分析两种析方江苏，结构在地震推覆下的结构的抗震情况并找出薄弱部位，并对薄弱部分采取加强措施。

12.1.3针对超限采取的措施

（1）经过两种软件的反复试算与校核，通过不规则情况，合理布结构构件，在各种工况下，偶遇地震，常遇地震，罕遇地震作用下，各项结构受力指标均满足各种地震作用的要求，并采取一定的加强措施。

（2） 严格控制柱轴压比，柱的轴压比是结构抗震作用下延性的保主，确保竖向构件有足够的安全系数。

（3）增强±0.000嵌固层楼板传递水平力的能力，对于有室内外高差的部位设置框架梁竖向加腋，及上部结构外围在地下室加设剪力墙。

（4）针对扭转不规则：通过合理布置柱的位置及尺寸，适当加大边梁截面，通过各种措季减小结构相对偏心，减小结构的扭转效应。在计算中计入了扭转影响，考虑了双向地震扭转效应，质量参与系数大于90%。计算结果表明其扭转情况良好，满足规范要求。

（5）针对转换部位，采取以下加强措施：

①.首先采用用主梁转换柱，并不利用次梁进行转换，避免二次转换。②.抗震等级提高一级，此措施仅针对转换层上、下各1层塔楼周边竖向构件，以减少实际地震作用时对转换层的不利影响。③.转换部位楼板进行加强，板厚取180mm,双层双向配筋，每个方向钢筋网的配筋率不小于0.25%。（严格执行规范要求）突变部位（转换层部分）上下层楼板配筋放大、板厚进行加厚等加强措施以增加薄弱部位的抗力。

12.2结论

根据对G5停车楼的计算设计得知，G5停车楼虽然为超限结构，但通过结构的合理布置，计算结果满足现行规范要求并有一定安全系数。采用了盈建科、迈达斯两个计算程序进行计算，相互校核 ，对主要分析结果进行了对比，采用的两种不同力学模型计算结果基本受力规律相似，计算结果尽管在数值上虽然有一定的不同，但都在规范允许范围内。对抗震时对整体结构可能产生的薄弱部分进行加强，合理布置结构构件，达到抗震各项性能要求。

在设计时提出了提高结构抗震性能及构造要求的措施。在G5号停车楼后续的施工图设计时，着重对与转换层的薄弱部位，在抗震等级，板厚，配筋等各个方面，对结构进行了整体分析与设计，确实的保证的结构存在薄弱层的情况下结构的稳定性。

参考文献

【1】 JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程。北京：中国建筑工业出版社，

【2】 上海市建筑工程初步（总体）设计文件抗震设防审查管理办法.《沪建管[2015]958号文》

【3】GB 50011-2010 建筑抗震设计规范. 北京。中国建筑工业出版社。

【4】奉贤新城09单元09A-03A地块项目超限高层建筑抗震设计可行性论证报告