张文斌
上海市建工设计研究总院有限公司，上海
摘要：某装配式高层建筑，高度接近80m应作为超限装配式建筑类型。具体可使用弹性时程分析等方式完成对结构的补充计算，洞口周边薄弱处进行楼板应力分析。通过以上方法判断结构的各项指标是否满足要求，对外廊连接部位及装配式连接节点等关键部位采取加强措施，进一步保证结构的安全性。
关键词：超限；装配式结构；抗震概念设计；楼板应力分析；装配式节点设计
1 项目概况
本项目为租赁式住宅项目，位于上海市；本项目主要由7栋26层单体组成，均嵌固在地下车库顶板。本项目依据建筑抗震分类标准为丙类，抗震设防烈度为7度（0.1g），场地类别为Ⅳ类且属于稳定场地。以1#楼为列进行分析，其地上26层，地下1层，总高度75.5m。标准层结构平面如下图1所示。
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图1 1#楼结构平面布置图
结构采用装配整体式剪力墙体系，长x宽=54mx13.6m，高宽比5.5。抗震等级为二级；钢筋需使用HRB400级钢筋，混凝土标号在±0.000以上：梁板为C30，剪力墙为C45~C30。楼板厚度130mm（叠合楼板为：60mm预制+70mm现浇），E轴~F轴走廊处加强楼板厚度为150mm。
预制构件范围：剪力墙4F~26F、围护墙2F~26、叠合楼板2F~26F、叠合梁2F~26F、阳台板2F~26F、楼梯2F~26F。剪力墙采用螺栓连接，围护墙和现浇暗柱采用柔性连接，叠合楼板现浇带宽度控制在300mm。预制率控制在40%以上。
2 结构超限判断
根据文献[1]和文献[2]相关文件中的要求，各项超限具体内容如下：
（1）扭转不规则：本结构在偶然偏心工况下的位移比值为1.25，超过了限值1.2。属于一般不规则
（2）凹凸不规则：本结构平面凹进尺寸最大比例39.5%，超过了限值30%。属于一般不规则
根据上海市《建筑抗震设计规则》（DGJ08-9-2013）7.1.2条，基于规定的水平方向作用力标准，全部预制（剪力墙预制）抗侧力构件所承担的抗倾覆力矩一旦高于总力矩的40%，则该结构便可归类为预制混凝土结构。又根据7.1.3条，设防烈度为7度时本结构高度75.5米超过了最大适用高度60米；针对高度在规定上限以外的房屋，需开展专门的研究，采取相应的强制手段。本单体结构高度75.5m。同时保证剪力墙所承担的抗倾覆力矩在40%以上。
综上，本结构属于超限高层。
3 结构设计
3.1 小震下YJK和PMSAP计算结果分析
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对不同类型软件的各项计算数据详细统计后进行对比可知，指标吻合，均满足要求。
3.2 小震下补充弹性时程分析
根据文献[3]第5.1.2条和《高层建筑混文献[4]第4.3.4条，本结构选用实际波2条（SHW5_NGA-2104DENALI.1734、SHW6_NGA-2711CHICHI04.CHY039）和人工波1条（SHW2_AW-NGA_706LOMAP.MEN）进行结构时程分析。满足规范对地震波数量要求。本结构时程分析的规范普与反应谱关系如下图2所示。根据图2可知，主要周期下与规范谱的平均偏差在15%以内，从统计意义角度讲，影响系数曲线结果中各地震波的曲线与CQC法的曲线基本相近。
运用时程分析方法所获得的结构底部剪力数据如图2.从该表可见，地震波计算出的底层剪力均超过CQC法的65%。地震波计算出底层剪力的平均值超过CQC法的80%。可见所选实际和人工波满足要求。
时程分析表明结构动力反应特征基本一致，结构未出现明显的抗侧刚度沿竖向突变层；时程分析的最大层间位移角X方向为1/1056，Y方向为1/1039，均满足规范对位移角限值<1/1000要求。每条波的剪力包络值均小于反应谱法剪力，地震作用可按反应谱法计算，无需放大。时程分析表明，反应谱法满足设计要求。
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3.3 大震下静力弹塑性分析
为了满足规范抗震“三水准”的目标，确保罕遇地震下结构安全即“大震不倒”，本结构采用YJK[3.0.2]软件进行静力弹塑性推覆分析；通过分析了解大震作用下结构塑性发展规律，结构构件损伤程度。选用规定水平和倒三角加载模式进行分析，特征周期取1.1s，结构阻尼取0.05。两个方向（X向和Y向）的弹塑性推覆分析结果如下图3、4所示。
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通过计算结果分析，基于罕见的地震作用，性能点处于楼层位移角为：X向1/205，Y向1/190，均小于<1/120满足要求，并可形成一定安全储备量。
根据计算分析报告可知，随着地震作用逐渐增大至小震性能点前，竖向及水平构件均未出现塑性铰；地震作用进一步增大至中震性能点后，仅连梁和部分框架梁出现塑性铰；地震作用增大到大震性能点后，除连梁与框架梁出现塑性铰，剪力墙与框架柱亦出现少量塑性铰。塑性铰产生的时间和位置与抗震设计理论相符，抗震设计第一道防线以连梁耗能为主，连梁需先进入塑性；在对第二道防线进行抗震设计时，需将框架和剪力墙耗能作为核心内容，框架梁此后进入塑性，多数剪力墙并未产生塑性铰。可见其结构具有良好的刚度储备及承载性能，其结构能够在较大规模的地震中达到预期的抗震目标。
3.4 关键部位分析
对洞口周边薄弱处进行楼板应力分析，薄弱层处楼板现浇，厚度提高至150mm，配筋提高至双层双向10@150。在小震作用工况下，混凝土材料的抗拉强度标准值ftk超过计算出的主拉应力值，满足小震作用下弹性要求。在中震作用工况下，混凝土材料的抗拉强度标准值ftk未全部超过计算出的主拉应力值，局部存在应力的集中；在应力集中部位设置附加钢筋10@150，全部钢筋折算楼板应力为5.58MPa，明显高于应力集中位置的楼板主拉应力，满足中震不屈服要求。
洞口周边的梁适当加宽，加强腰筋配筋及抗扭要求。洞口周边外廊的框架柱，抗震构造措施的抗震等级提高一级。
4 装配式设计
根据《关于进一步明确装配式建筑实施范围和相关工作要求的通知》（沪建建材[2019]97号），本结构预制率应满足不低于40%要求。重要部位如底部加强区的剪力墙、楼电梯处的剪力墙及梁板、外廊处的梁板柱、屋面梁板等均采用现浇。尽量提高非抗震构件的预制比例，关键节点考虑施工操作可行性，进一步提高结构的整体性。
针对现浇剪力墙和预制剪力墙同层时，现浇剪力墙在水平地震作用工况下的内力（弯矩、剪力）需放大1.1倍。本结构剪力墙。同时需严格对剪力墙的轴压比进行科学控制，控制要求提高一个等级按0.55（按抗震等级一级）。
把预制叠合框架梁竖向接缝处抗剪附加钢筋设置在中和轴附近，对支座处梁截面抗弯基本无多余贡献，满足强剪弱弯和强柱弱梁的抗震概念设计。地震影响系数最大值0.23，内力调整系数可设置为1.0，其它参数不变。预制剪力墙水平方向的接缝，首先依据中震弹性的计算方式验算受剪承载力，内力无需放大，影响系数按中震取值，其它参数不变；其次依据大震不屈服的计算方式验算截面受剪承载力即剪压比。
5 结论
通过对不同软件计算结果对比分析，可见结构各指标均可达到要求，多遇地震下结构安全可靠。弹性时程分析进一步确认结构安全可靠，结构设计安全合理。大震下静力弹塑性分析证明结构有较好抗震能力，同时还可形成一定的余量储备，能够达到“大震不倒”的理想效果。楼板应力分析表明洞口处楼板有足够的能力可以有效传递水平力。装配式节点性能化设计可以保证关键部位的抗震能力。综上，本工程可以达到小震抵御能力强、中震可适当修复、大震能够不倒的预期目标。
参考文献
[1]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点：建质[2015]67[S].北京：住房城乡建设部，2015
[2]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.
[3]建筑抗震设计规范:GB 50011-2010[S].2016年版.北京：中国建筑工业出版社，2010
[4]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 3-2010 [S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[5]混凝土结构设计规范:GB 50010-2010[S]. 2015年版.北京：中国建筑工业出版社，2010
[6]上海市建筑抗震设计规程：DGJ08-9-2013.同济大学.
[7]装配式混凝土结构技术规程：JGJ 1-2014.北京：中国建筑工业出版社.2014.
[8]《关于进一步明确装配式建筑实施范围和相关工作要求的通知》（沪建建材[2019]97号）