上海嘉定骋望国际商厦超限高层结构设计

【摘要】上海嘉定骋望国际商厦是由一组超限高层组成，设计从概念入手，通过对复杂平面的分块处理，并且通过两种程序的分析对比及静力弹塑性进行了计算分析，对薄弱部位进行了抗震加强，确保了结构设计的安全可靠。

【关键词】；超限高层，连体结构，成品抗震型球型钢支座，静力弹塑性

中图分类号：TU2文献标识码： A

1.工程概况

上海嘉定骋望国际商厦位于上海市嘉定区叶城路以北、富蕴路以东。地上部分由两幢高层办公楼及2层的商业裙楼组成，建筑用地面积9，927m2，地上建筑面积1.92万m2。整个场地满布二层的地下室，地下建筑面积1.08万m2；总建筑面积3.0135万m2。整个地下部分连为一体，不设永久的结构缝。地上部分分三块，南、北两个高层，中部为一栋小裙房。南、北高层通过钢连廊弱连接。

2.结构概述

南北塔办公楼采用框架-剪力墙结构体系，钢筋混凝土剪力墙为主要的抗侧力体系；框架以承担竖向荷载为主，，通过框架梁使二者有效协同工作并作为第二道抗震防线；由于平面形状为长条型，Y向又只有两跨，造成Y向侧向刚度比较弱，抗扭刚度偏小。因此在两端跨把柱子Y向截面加大，同时梁截面也加大，以增加框架的侧向刚度和抗扭刚度。同时北塔立面大开洞，可能造成连接体两侧动力特性差异较大，连接体两侧也做加强处理。剪力墙在承担竖向荷载的同时，将作为整体结构抗水平力的第一道防线。剪力墙两个方向尽量均匀布置，避免刚度过于集中，单片剪力墙承担剪力过大。小裙房采用钢框架结构。为了提高地下一层的商业空间价值，南北塔之间设置了下沉庭院，造成顶板开动率较大。为确保各单体全面嵌固，地下室在庭院周围均匀设置了剪力墙，并且确保单体嵌固端剪力墙各方向均衡布置，同时地下室顶板进行了地震工况下的应力分析，通过配筋加强，加强地下室顶板洞口边梁的侧向钢筋，洞口周边改为弧形等措施以确保多遇地震下能够弹性工作。

综合考虑土层、荷载及变形控制要求，办公楼以（7-1）砂质粉土层作为桩端持力层，有效桩长约为32m，桩径400mm，桩距不小于1.4m，办公楼的承压桩基础基本上为柱下集中布桩和墙联合承台。商业裙房及地下室的桩基为抗拔桩，综合考虑土层、抗浮设计要求，以（6）暗绿色粉质粘土层作为桩端持力层，有效桩长约为24m，桩边长为250mm，桩距2.5m，商业裙房及地下室的抗拔桩基础采用筏板下均匀布置。

3.超限情况

由于建筑平立面的复杂性，造成结构单体平立面存在多处不规则，判定为超限单体，根据上海沪建建（2003）702号文，该项目进行了超限单体审查。具体超限情况如下：

（北塔）1、扭转不规则：北塔考虑偶然偏心的扭转位移比X向最大1.17 、Y向最大1.38，超过规范限值1.2，属于扭转不规则。2、平面凸凹不规则：裙房轴线尺寸6.2米，相应边长轴线尺寸20.3米，突出边长31%，平面不规则。3、楼板不连续：北塔有效宽度小于50%，开洞面积大于30%。4、复杂高层：连体。5、其它不规则：地库顶、裙房顶处高差较大，构件错层。

（南塔）1、扭转不规则：北塔考虑偶然偏心的扭转位移比X向最大1.17 、Y向最大1.38，超过规范限值1.2，属于扭转不规则。南塔考虑偶然偏心的扭转位移比X向最大1.02 、Y向最大1.43，超过规范限值1.2，属于扭转不规则。2、楼板不连续：北塔有效宽度小于50%，开洞面积大于30%。3、其它不规则：地库顶、裙房顶处高差较大，构件错层。

4.超限抗震设计的计算及分析论证

根据超高及复杂程度，本工程抗震设计依照“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准设防原则以及预定的性能设计目标，进行了计算分析工作。计算模型按照实际结构建立，结构分析时考虑了以下的设计假定：1、地下一层抗侧刚度大于地上一层抗侧刚度1.5倍，计算时假定结构嵌固在地下室顶板；2、由于地下室顶板开大洞，再假定结构嵌固在地下室负一层底板进行整体比较计算；结果表明，通过对于地下室顶板的加强，嵌固段上移到顶板后，对于整体计算结果无明显差异，并且简化了计算模型，能够更清晰的分析各单体的动力特性。

小震及风荷载作用下的弹性分析：应用SATWE（2010版本）和PMSAP（2010版本）两种软件进行计算，并对两种软件的计算结果进行对比分析，保证结构具备必要的承载力、适宜的刚度、良好的变形能力和耗能能力，确保结构满足“小震不坏”的目标。

5.超限设计的措施：

（北塔）1） 连体结构：连接体及与连接体相连的结构构件在连接体高度范围及其上、下层，抗震等级提高一级，（箍筋全高加密或者墙身配筋率提高，竖向构件抗震等级提高一级）。2） 错层：模型中考虑错层影响，并对错层部分进行构造加强（箍筋全高加密或者墙身配筋率提高，竖向构件抗震等级提高一级）3）立面收进：收进楼层楼板加厚至150，底部加强区延伸至裙房屋面，加强裙房上下层竖向构件配筋，局部收进处上下层楼板加厚至150。 4）错层大于600：模型中考虑错层影响，并对错层部分进行构造加强（箍筋全高加密或者墙身配筋率提高，竖向构件抗震等级提高一级）5）屋面板开大洞:局部定义弹性板，并确保薄弱部分楼板满足小震下弹性工作。

（南塔）1）错层:模型中考虑错层影响，并对错层部分进行构造加强（箍筋全高加密或者墙身配筋率提高，竖向构件抗震等级提高一级）2） 错层大于600:模型中考虑错层影响，并对错层部分进行构造加强（箍筋全高加密或者墙身配筋率提高，竖向构件抗震等级提高一级）

6.静力弹塑性分析在设计中的应用

1）根据《高规》第5.1.13条的要求，高规第10章规定的复杂高层建筑结构宜采用弹塑性静力或动力分析方法补充验算薄弱层弹塑性变形。本工程建筑高度未超过150m，初步设计采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的“PUSH&EPDA”进行静力弹塑性时程分析。综合罕遇地震弹塑性动力时程分析结果，分析结论如下：1）结构的最大弹塑性位移角都小于规范规定的最大弹塑性变形限值1/120，结构可以满足大震不倒的设计目标；2）从变形图和裂缝分布图，可以看出结构的破坏机制为部分的连梁出现了塑性铰，实现了耗能的目标，但结构整体和主要抗侧力构件—剪力墙仍具有充足的强度和变形能力安全储备，可保证大震不倒。结构的主要竖向构件均远未达到其承载能力的极限，仅会在耗能构件上出现局部破坏，通过执行有关构造措施可使其破坏程度得到有效控制，保证中震可修。

2）南北塔间分别在2,4,5层设置了钢连廊进行连接，连廊采用可滑移的成品抗震型球型钢支座，选用合适的支座刚度，保证地震作用在两个塔楼间基本不传递，滑移距离保证罕遇地震时不碰撞，并采取防脱落限位措施，同时与连廊连接的柱子应提高一个等级采取抗震构造措施。应进一步复核钢结构连廊在人行振动下的舒适度。具体计算罕遇地震下防止连廊碰撞时，读取了静力弹塑性分析结果中相关构件的位移量，并且选用可释放相当位移量的球形支座，支座周圈设置了限位钢板，确保其不至脱落。

7.结论

本工程属于特别不规则的超限高层建筑。由于在结构设计中采用较合理的结构布置，并对结构的薄弱处采取了有效的结构措施，从而减小了体形不规则带来的不利影响，使得结构仍具有良好的抗震性能，计算结构满足现行规范和规程的要求。

参考文献：

[1] 建筑抗震设计规范( GB50011—2010) [ S]. 北京:中国建筑工业出版社 ,2010

[2] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010) [S]. 北京:中国建筑工业出版社 ,2010

[3] 超限高层建筑工程抗震设计指南（第2版）.上海：同济大学出版社，2009

[4] 复杂高层建筑结构设计.北京:中国建筑工业出版社 ,2005