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摘要：本文重点介绍了某上盖建筑结构设计特点，包括建筑结构设计的特点、结构抗震性能目标、抗震分析及采取的结构措施。本设计对类似工程上盖平台上进行建筑结构设计，提出一种安全可靠的结构设计方案，可为今后类似项目设计提供参考。
关键词：超限结构设计；性能目标；抗震设计
1项目概况
本项目总建筑面积约19.18万平方米，该项目属于地铁上盖建筑，在已施工完毕的平台上部（已预留荷载）加盖建筑，建造12栋10~13层住宅楼（最高为55.10米）。已建地面一层建筑为地铁检修库，为单层框架结构，该部分结构先施工完成，在一层顶部预留柱插筋。本设计是在二层设置转换平台，转换层上部再建造住宅，平面及剖面示意详见下图1、2。
本项目转换层以下为框架结构，柱截面为1000x1000mm~1400x1600mm，框架梁短向跨度为6m，长向跨度约为13m；上部住宅为少框架的框剪结构体系。结构的设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，结构重要性系数取1.0，地震设防烈度为7 度，场地类别为Ⅱ类。
2 结构设计特点
本项目底部的上盖平台尺寸约为408mx256m的矩形，平面尺寸远远超过《混凝土结构设计规范》所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距要求，所以在各分区间已设置永久性伸缩缝兼为抗震缝，共划分为21个分区（如图1）。除部分分区外，在二层设置转换平台建造上部建筑，在转换平台处按下部相应抗震缝位置留缝。转换平台分区后，最大分区尺寸约为90mx66m，超过规范所要求的伸缩缝最大间距，施工时采取设置施工后浇带、增加楼板分布钢筋配筋率等加强措施。
2．1主要结构构件截面尺寸
梁：车辆段检查库：框架梁 bxh= 700X1500~800X1800 mm 次梁：bxh=700X1400mm
框支梁：bxh=1200x2000mm ~ 600X1500mm
框架梁bxh=200×600 次梁：bxh= 200×400
板：标准层100mm，转换层：200mm。
2．2超限判别
本项目为底层框架的框支抗震墙结构，存在扭转不规划、凹凸不规则、刚度突变、构件间断、部分分区存在塔楼偏置，属于超限高层建筑结构，需进行超限抗震专项审查论证。
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图1 转换层平面示意图 图2 塔楼剖面示意图
3分析与计算
根据建筑体型及结构布置，各塔楼的结构布置大部分类似，本文以6#楼为代表进行分析。按规范要求，分别采用SATWE三维空间分析软件、ETABS建筑结构分析设计软件和Abaqus软件，对结构进行反应谱、弹性时程、中震及大震分析及楼板应力计算，并进行了比较分析及相应采取加强措施。
3．1抗震性能目标
针对规范提出的对应于各地震烈度水准相应的抗震设防目标，一般情况下，结构遭遇第一水准烈度（众值烈度）时，构件应采用弹性反应谱分析方法并按照“小震”地震动参数进行承载力及变形计算；结构遭遇第二水准烈度（基本烈度）时，构件按“中震”地震动参数进行弹性阶段承载力补充验算，对于薄弱部位采取加强措施，使得非弹性变形和结构的损坏控制在可修的范围内；结构遭遇第三水准烈度（罕遇地震）时，构件按照“大震”地震动参数进行弹塑性分析，对出现塑性铰的部位采取加强措施，以控制结构的非弹性变形在规定的范围内，从而保证结构在大震下不倒塌。
为实现上述结构抗震性能目标，超限高层建筑可以根据具体的设防烈度、场地条件、房屋高低、不规则的部位和程度，细化到具体构件的设计指标，即各个地震水准下构件的承载力、变形等指标。本项目根据上述要求细化到构件的抗震设防性能目标如下表。
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3．2弹性时程分析
本结构按7度设防，场地土类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，采用两条天然波和一条人工波，同时从结构的三个方向（X、Y和Z向）分别输入，其三个方向的比例为1：0.85：0.65，地震波锋值为35gal，地震波持时30S，地震波的时间间距取0.02s，结构阻尼采用0.05。分析结果如下表。
计算结果表明，单条地震波计算的地震反应不小于振型分解反应谱法计算值65％，以及多条时程曲线计算平均值不小于振型分解反应谱法计算值80％的规定，时程分析符合规范要求，可以认为本项目按照规范反应谱来进行抗震设计是合理的。
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3．3中震分析
中震作用下位移变形分析结果如下表。
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通过上述统计结果可以看出，在中震作用下，所有框支柱和底部加强区剪力墙的轴压比为低轴压比，有较好的延性，中等破坏层间位移角ΔUp=1/368≤[ΔU]=1/250。根据中震受力分析结果，按构件的抗震性能要求进行复核主要构件的承载力，如复核中震弹性时车辆段柱子、转换层框支柱的受弯及受剪承载力等构承载力，使构件达到抗震性能要求。
3．4大震分析
本项目大震分析采用大型通用有限元软件ABAQUS，本次分析中的场地波按三向地震输入，三向地震输入的地震波峰值比为X：Y：Z=1：0.85：0.65，X向地震波峰值220Gal，持续时间都为30秒。
为了确保ABAQUS非线性结构分析模型正确性，在构件进入弹塑性阶段之前，计算模型的动力特性与ETABS弹性分析模型保持一致，对两个程序计算的周期和振型进行对比。在ABAQUS弹性模型与ETABS弹性分析模型的动力特性基本是一致后，再进行下一步分析。
通过罕遇地震作用的弹塑性分析，复核了结构满足了设计预定的抗震性能目标，特别是底部转换柱和转换梁满足了罕遇地震作用下抗弯不屈服，抗剪弹性的抗震性能目标；塔楼柱子和剪力墙也基本满足抗震性能目标要求，但通过罕遇地震弹塑性时程分析，也发现了结构存成着局部薄弱部位，如少数几片剪力墙底部出现压坏，这主要是结构从转换梁到剪力墙的过渡，存在着刚度突变，因此在计算中容易出现应力集中而使得薄弱部位损伤，施工图阶段需适当增加底部剪力墙厚度，可以采用梯形加腋进行渐近过渡，同时增加剪力墙底部区的竖向与水平钢筋。
3．5楼板应力分析
楼面结构体系是传递坚向荷载和水平荷载的重要组成部分。在地震过程中，楼板自始至终都在传递和分配水平力，协调同一楼层中坚向构件的变形。本项目6#楼转换层平台中开有大洞，为分析开洞对转换层楼板的影响，采用Etabs软件对该层楼板进行应力分析。
转换层楼板为200mm厚，采用C45混凝土，标准层楼板大部分为100mm厚，采用C25~C30混凝土。从楼板应力分析结果可知，转换层大部分楼板应力小于混凝土的拉应力（2.51Mpa），在柱及转换梁附近区域有局部应力集中现象，但大部分这些局部楼板均位于柱内，并非真实的楼板，这些区域可以忽略。部分楼板应力超出混凝土的受拉极限强度时，可采取加强配筋以钢筋承受大部分拉力，具体加强方法根据应力较大区域及一个可接受的扩散区域进行适当的配筋加强。
4针对性抗震措施
根据本项目的各项结构分析结果，对结构的关键部位采取相应加强措施，具体如下。
（1）框支柱为本结构的最重要抗侧力体系，并承担上部住宅全部坚向荷载，其安全性更关系到整个结构体系的安危，通过对框支柱采取加强柱的纵筋配筋率、并严格控制轴压比、沿柱全高采用井字复合箍及控制箍筋间距及肢距等措施来提高柱子延性。
（2）对底部剪力墙进行加强，从转换梁过渡到剪力墙位置，在剪力墙底部加腋进行渐近过渡，减少应力集中现象；加强约束边缘构件的配筋及严格控制剪力墙轴压比，以增加墙肢的延性。
（3）对连梁耗能构件，一般剪压比控制在0.2以下，对跨高比小于2.5的连梁除配普通箍筋外，为了提高墙体的抗剪能力，考虑在连梁中的适当的地方布置斜向钢筋。
（4）转换层楼板采用现浇楼板，厚度不小于200mm，混凝土强度等级不低于C45，采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不小于0.25％，加强楼板整体性能。
（5）转换平台楼板尺度较大，设计上采用温度缝、施工后浇带或加强带，并加大板厚及配筋率，并控制钢筋间距不大于200mm，尽量采用较细直径钢筋。
5结论
本项目结合上盖平台的特点开展结构设计，充分利用多种软件进行结构分析计算，各分析结构动力特性基本吻合，计算分析结果相差不大，能保证本结构设计的安全可靠。本设计对类似工程上盖平台上进行建筑结构设计，提出一种安全可靠的结构设计方案，可为今后类似项目设计提供参考。
参考文献：
[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.