上海某钢结构超限高层项目的研究 与分析

石林

中国海诚工程科技股份有限公司 上海 200031

摘要：近年来,我国的国民经济水平大幅提高,各个行业在实际发展中也取得巨大成就,建筑方面主要表现为高度不断增加、结构体型日趋复杂。建筑行业迅猛发展的同时,必须要考虑这些复杂体型的超限高层建筑的抗震性能，这对我国高层建筑的结构设计带来很大的挑战。

关键词：超限高层，抗震性能，钢框架结构，抗震措施，弹塑性分析计算，有限元分析，弹性时程，超限审查

1 工程概况

该项目地处上海市临港新城主城区，建筑功能为商业影院。高度为29.950m，地上五层，钢框架结构，抗震等级三级，地下两层地下室，地下室顶板作为地上部分主体结构的嵌固端。建筑抗震设防类别为重点设防类，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为 0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅳ类，多遇地震特征周期 Tg 为 0.90s，罕遇地震特征周期 Tg 为1.10s；基本风压为0.55kN/m2(重现期 50 年)，基本雪压为0.20kN/m2。

2 主要结构材料

2.1 混凝土强度等级：

地下室底板、外墙、框架柱、顶板及梁：C35；基础垫层采用C15素混凝土；地下室部分混凝土全部采用密实抗渗防水混凝土，抗渗等级为P8。

2.2 地上部分型钢及钢板：Q355B。

2.3 混凝土构件中钢筋: HRB400级。

3 超限判定

按《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》沪建管（2014）954号进行判别，高度不超限，存在三个不规则和一个特别不规则超限，详见表1、2，按规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程。

4 结构计算分析

根据规范要求超限高层结构计算分析应满足：

a 应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算；

b 应采用弹性时程分析法进行补充计算；

c 宜采用弹塑性静力或弹塑性动力分析方法补充计算。

4.1 两个不同力学模型的结构分析软件比较

本工程结构采用中国建筑科学院编制的PKPM系列结构软件SATWE（空间杆-墙板元）与PMSAP（组合有限元）计算分析。两软件各分析指标及结构主要动力特性差异度对比见表3。两个软件进行分析比較时，各软件计算模型的节点、单元、构件截面特性、边界条件等相一致，输入原始参数应相一致；两软件计算所得的总质量、主要周期、位移、基底剪力相差不超过10%，表明本工程计算模型的合理性。

4.2 弹性时程分析

分析用地震波采用PKPM自带地震记录和人工波，选取两条天然波和一条人工波，多遇地震弹性时程分析输入加速度峰值为35gal。SATWE和弹性时程计算结果对比见表4。通过弹性时程分析结果与规范反应谱计算结果的对比分析，表明每条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的65%，三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于分解反应谱法计算结果的80%，故选用地震波满足设计要求。施工图设计阶段，按振型分解反应谱法计算分析时对全楼内力放大1.127倍。

4.3 静力弹塑性分析

本工程结构采用中国建筑科学院编制的PKPM系列结构软件pushover经行静力弹塑性分析，分析时采用两张加载模式（矩形加载，三角形加载）和两个方向（0°，90°）作用加载分析得出性能点位移角均小于1/50，加载过程中梁塑性铰先与柱塑性铰出现，梁塑性铰发展到一定程度才出现底层柱塑性铰，破坏机理过程符合强柱弱梁，大震不倒的抗震性能目标。

5 抗震设计加强措施

5.1 嵌固端：地下室顶板作为嵌固端，板厚不小于180，保证地库与地上一层剪切刚度比不小于1.5。

5.2 地下室顶板高差处，采用梁板加腋方式，保证水平力的传递。

5.3 为了控制结构的扭转位移比，尽量调整结构刚度使其刚度均匀，尽量减小扭转位移比，增加周边框架梁刚度，削弱内部刚度，增加结构抗扭刚度，并控制结构扭转周期比不大于0.90。

5.4 本项目为重点设防类建筑，抗震等级比标准设防类建筑提高一级。

5.5 由于楼层许多部位存在大开洞，在计算结构整体指标时，模型不采用强制刚性楼板假定。

5.6 大开洞楼板相邻一跨范围内板厚加厚至150，对改部位楼板进行有限元应力分析，要求在多遇地楼板主应力小于混凝土强度设计值；在罕遇地震时，对于楼板主应力大于混凝土强度标准值部位增设楼板附加钢筋。

5.7 对于楼板大开洞后形成的穿层柱，补充并层模型计算分析。

6 基础设计

根据勘察报告所提供的土层资料及建议并结合建筑物的荷载特征，本工程基础采用桩承台+筏板基础，基础混凝土强度C35。筏板厚度为0.5m。桩基持力层取为⑦1-2层砂质粉土，桩基采用Ф600预应力高强混凝土管桩。

7 结语

该项目属于三个不规则和一个特别不规则超限的高层建筑，按照相关国家与地方规范、规程进行了细致分析，各项指标基本达到规范要求；并结合分析结果采取了相应的加强措施，为施工图设计提供有力依据，保证结构在地震作用下的安全性与可靠性。

参考文献：

李静浪, 胡健.某超限高层的抗震性能化设计要点[J]山西建筑:2017(09)

[2] 上海市建筑抗震设计规程: DGJ 08-9—2013[S]. 上海: 上海市建筑建材业市场管理总站, 2013.

[3] 上海市地基基础设计规范:DGJ08-11-2018[S]. 上海: 上海市建筑建材业市场管理总站, 2018.