ResearchandDiscussionontheSolutiontotheUltralimitintheStructuralDesignofHOPSCA
翟新芳淤ZHAIXin-fang曰王家俊于WANGJia-jun曰王峰于WANGFeng曰王富刚于WANGFu-gang曰王涛于WANGTao曰李波于LIBo曰郭弘于GUOHong（淤郑州大学新校区建设办公室，郑州450002；于郑州大学综合设计研究院，郑州450002）（淤NewCampusConstructionOfficeofZhengzhouUniversity，Zhengzhou450002，China；于Multi-functionalDesignandResearchAcademyofZhengzhouUniversity，Zhengzhou450002，China）
摘要院焦作新安路城市商业综合体项目地上三十层,为结构超限项目。针对本项目结构设计中平面不规则、竖向抗侧力构件不连续及刚度规则性三项超限,本文论述了通过采用对薄弱层地震剪力适当放大系数,进行弹性时程分析、SATWE计算分析、有限元分析，在平面凸凹不规则处提高配筋等一系列抗震计算及加强措施以保证结构具有良好的安全性能。
Abstract:TheHOPSCAintheXinanroad,Jiaozuoisastructuralultralimitproject.Basedontheultralimitinirregularplane,discontinuousVerticalresistlateralforcecomponentandStiffnessregularity,Earthquake-resistantcalculationsuchaselasticdynamicanalysis,SATWEanalysisandnumericalanalysisofWeaklayerseismicshearmagnificationcoefficientareintroducedinthisthesis.Thereinforcementimprovementatirregularplanealongwithotherstrengthenmethodareproposedtoguaranteethesafetyofthestructure.
关键词院超限；抗震性能分析与时程分析；有限元分析；构造加强Keywords:ultralimit；earthquake-resistantanalysisanddynamicanalysis；numericalanalysis；structuralreinforcement中图分类号院TU318文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）21-0158-031
工程概况本工程为焦作新安路商业二期项目（A区），位于焦作市焦东路与河南路交叉口东北角，地下一层为车库（战时为人防物资库），层高为4.50m，地上四层为商场，一层层高为5.70m，四层层高6.00m，其余均为5.10m。五层为架空层，层高3.60m，六层至三十层为住宅、酒店，住宅部分层高2.95m，主楼建筑总高度为99.550m，裙房的建筑总高度为21.300m，室内外高差为0.30m。
2结构设计（图1-图3）
结构形式主楼为部分框支剪力墙结构，结构转换层设在标高为21.870m处。裙房为框架结构。主楼基础形式为钻孔灌注桩（后压浆）+筏板基础，裙房基础形式为预应力混凝土管桩+承台。建筑结构安全等级为二级，结构设计合理使用年限为50年，建筑抗震设防类别标高21.870m（含）以下为乙类，以上为丙类。抗震设防烈度7度（0.10g），设计地震分级为一组，场地类别为III类，设计特征周期为0.45，框支柱抗震等级为特一级（抗震构造措施特一级），框支梁抗震等级为一级（抗震构造措施特一级），底部加强部位剪力墙抗震等级转换层以下为特一级（抗震构造措施特一级），转换层以上非落地剪力墙为二级（抗震构造措施二级），非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级（抗震构造措施二级）。风压高度变化系数，按C类地面粗糙采用；基本风压：0.5KN/m2（100年重现期）。基本雪压：0.4KN/m2。
3结构布置（表1）
本工程为商业综合体项目，功能为车库、人防、商场、酒店、住宅，主体为框支剪力墙结构，裙房为框架结构，四层为结构转换层，第五层为架空层。
4存在三种结构超限情况淤平面不规则；于刚度规则性超限；盂竖向抗侧构件不连续。
结构规则性分析：《建筑抗震设计规范》第3.4.2条规定，建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.5条规定，结构平面布置应减少扭转的影响，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。
根据上述规范要求，结合本项目结构软件计算结果进行分析，本工程超限情况如下：4.1平面不规则分析本工程的上部住宅在建筑布局上有局部凹入情况，最大凹入深度为7.60m，超过总尺寸（18.60m）的30%，即5.58m。对照《建筑抗震设计规范》表3.4.2-1第二款的规定，本工程凹凸不规则超限，属于平面不规则结构。
4.2结构刚度规则性超限分析根据结构计算分析的结果，结构各层X，Y方向本层塔侧移刚度小于上一层相应塔侧移刚度的70%，或小于相邻上三层平均侧移刚度平均值的80%。由于住宅部分水平向收进的尺寸大于相邻层的25%，对照《建筑抗震设计规范》表3.4.2-2第二款的规定，本工程侧向刚度规则性超限。
4.3结构竖向抗侧力构件连续性超限分析本工程采用钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系，转换层位于地上第四层，对照《建筑抗震设计规范》表3.4.2-2第三款的规定，属于竖向抗侧力构件不连续。因此，本工程竖向抗侧力构件连续性超限。
根据建质[2006]220号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的相关规定，本工程为同时具有三项不规则的高层建筑。
5解决以上结构超限抗震设计的方法与措施淤调整设计内力系数，多软件进行计算；于系数的时程分析；盂有限元应力分析；榆加强结构构造。
5.1如前所述，本工程平面属于不规则结构，而且结构竖向布置复杂，按建质[2006]220号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的相关规定，本工程属于体型复杂类超限工程。鉴于前述情况，本工程在设计过程中针对超限项目采取如下措施：淤结构计算分析时，采用多种软件计算分析，按《建筑设计抗震规范》第3.4.3条要求，对薄弱层的地震剪力乘以1.15倍的增大系数，并按《高层建筑混凝土结构技术规程》相关要求对转换构件的内力设计值乘以不同的增大系数。
于本工程属于A级高度建筑，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》进行了弹性时程分析。
盂考虑到本工程结构平面竖向布置均比较复杂，在结构整体分析的基础上，对框支框架专门进行了有限元应力分析，并对框支梁进行应力分析，以校核设计配筋。
榆对框支柱和框支梁等关键性构件在进行SATWE计算时，按中震弹性的性能目标进行设计。在SATWE计算分析时，每层框支柱承受剪力之和取基底剪力的30%。
虞本工程凸凹不规则，在进行结构平面布置时采用了在凸凹处加强剪力墙，设置端柱剪力墙，在凸凹外周边处剪力墙墙肢设置约束边缘构件，加大水平与纵向配筋，以提高其抗震能力。
愚由于结构竖向布置复杂，部分框支柱顶无上部墙体，形成“秃头柱”现象，导致框支柱及其相连的框支梁受力复杂，抗震不利，为此，拟在柱头位置设置矮墙，以改善相关构件的受力状态。
舆结构设计计算分析表明，采取上述各项措施后，可以实现预期的抗震设防目标，即整体结构在多遇地震作用下处于弹性工作状态，在设防地震作用下结构可能进入屈服状态，但框支柱、框支梁及底部加强部位落地剪力墙等关键构件仍处于弹性工作状态。
5.2超限抗震设计的具体计算结果及分析淤计算软件和计算模型。结构计算采用PKPM、SATWE作为主要计算软件，同时采用pmsap作为辅助设计软件进行校核。抗震计算采用振型分解反应谱法，振型组合采用反应谱CQC法。
于结构周期和振型。结构的部分周期计算结果详见表3、表4。
计算结果表明，前两阶振型分别为Y和X向平动。左右塔第一扭转周期与第一平动周期比分别为0.775和0.672，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》“结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期之比T1，规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85”的规定。
盂结构位移和位移比。如表5、表6所示，为水平荷载作用下结构位移计算结果。
以上计算结果表明均满足规范要求。
5.3多道防线本工程为钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系，转换层之上为剪力墙结构，连梁为第一道防线，墙肢为第二道防线，转换层之下为框架剪力墙结构，剪力墙为第一道防线，框支框架为第二道防线。为了确保建筑结构的地震安全性，设计计算分析过程中采取如下措施：淤连梁刚度折减系数取0.70。
于按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.7条“每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%”的要求进行内力调整。
盂框支梁、框支柱按中震弹性的性能目标进行设计。
5.4弹性时程分析输入波的选择：本工程选择了2组天然地震波和1组人工模拟的加速度时程曲线进行结构分析，其结果如图4所示。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3.5条，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型反应分解谱法求得的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型反应分解谱法求得的底部剪力的80%，根据计算得出反应谱曲线，本工程满足规范要求。
5.5有限元分析框支框架根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.2.10条规定，“转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上，当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施”。因此，采用SATWE（2008年10月版本）对框支框架进行了有限元分析和对框支梁进行应力分析并进行配筋校核。部分转换梁有限元分析结果如图5所示。
6结论进行结构设计时，当建筑结构存在结构超限时，应严格按照国家有关规范、规程进行分析、计算，对于超限工程设计，主要有以下对策：淤可采用多种结构计算软件进行计算。对比、分析各软件计算结果，对结构进行调整，使结构满足规范要求。于对框支柱和框支梁等关键性构件在进行SATWE计算时，按中震弹性的性能目标进行设计，使整体结构在多遇地震作用下处于弹性工作状态。盂对框支框架进行有限元分析并进行配筋校核。榆对结构进行时程分析，根据计算结果对结构底部剪力以及楼层剪力进行比较。虞设计计算分析过程中进行调整，使地震力在主受力构件中合理分配，以便结构体系形成多道防线。
参考文献院[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].[2]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].[3]JGJ-94-2008,建筑桩基技术规范[S].[4]徐培福等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.作者简介院翟新芳（1963-），女，河南郑州人，高级工程师，从事建筑工程技术、造价和设计研究及管理。