某展示館結構超限設計

張 莉，柴園園，王海強

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

1 工程概況

某展示館工程位于吉林省白城市，建筑抗震設防類別為重點設防類（乙類），所在區域抗震設防烈度為7度（地震基本加速度0.10g），設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類。展示館東西向長約275m，南北向寬約132m。地上展廳部分為3層，建筑首層層高8.5m，2層層高7.0m，3層層高7.0～18.1m，建筑高度約33.6m，觀景塔部分（核心筒）建筑高度約66.6m，局部設有地下室，地下室層高5.1m。建筑效果如圖1所示。

圖1 某展示館效果

2 結構選型與布置

本工程采用鋼框架-支撐結構，底部3層框架為框架-少支撐結構，框架柱除大懸挑外的幾個框架柱為鋼管混凝土柱，其他均為鋼柱，在觀景塔底部3層東西側根據建筑圖適當布置支撐，以提高結構y向抗側剛度，同時減緩結構扭轉效應；觀景塔為鋼框架-支撐結構，觀景塔底部3層外圈框架柱為鋼管混凝土柱，在觀景塔與底盤結構1層及2層連接處向外延伸一跨范圍內樓板厚度為200mm，并設置樓面支撐，加強底盤結構對觀景塔的約束作用。結構主樓鋼支撐采用防屈曲耗能支撐，觀景塔主樓采用普通鋼支撐。

在觀景塔3層以上的結構中，每隔5.25m設框架梁約束框架柱與支撐，因層高較高，導致框架柱彎矩很大，所以為減小彎矩而將觀景塔的3層與4層分割。觀景平臺采用框架梁加支撐的結構布置形式，增加平臺抗扭剛度。為保證觀景塔頂部舒適度，利用塔頂處的消防水箱，設置TMD減振（震）系統。結構整體計算模型如圖2所示。

圖2 結構整體計算模型

3 結構超限判斷

根據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，本工程屬于超限高層建筑，具體超限情況如表1，2所示。

表1 具有下列3項及以上不規則的高層建筑工程

表2 具有下列某一項不規則的高層建筑工程

4 結構超限措施

1）針對結構平面不規則和扭轉不規則的特征，加強薄弱部位的抗側剛度和性能目標。

2）針對樓板開大洞、樓板連接薄弱問題，采用彈性樓板進行分析，計算地震作用下的樓板應力，控制樓板在小震、中震、大震作用下的拉應力，加強薄弱部位樓板厚度和配筋，整體結構樓板采用雙層雙向配筋，增強樓板薄弱部位的抗側力構件。

3）觀景塔分別計算整體模型與只有塔上部模型的結構，取包絡設計。

4）針對大跨度結構和懸挑結構，采用不同計算方法計算結構豎向地震作用。

5）單獨分析和驗算大跨度和懸挑樓面的舒適度，并單獨分析和驗算大跨度結構屋面的穩定性。

6）由于本工程樓板開大洞、樓板不連續等特點是結構超限最顯著的特征，因此采用彈性樓板模型，重點分析結構在小震、中震和大震下的樓板應力分析，計算結果表明，除觀景塔等剪力墻周邊存在一定應力集中外，結構其他區域的樓板應力分布均勻。通過局部樓板加厚加強處理，可保證樓板在不同地震水準下均保持彈性。同時對整體結構的樓板采取雙層雙向配筋。

7）因屬超長結構，重點分析結構的溫度效應。通過對施工階段分析，采取分段施工措施后，框架柱位移很小，同時應力比也在控制范圍內。通過對使用階段的分析，溫度作用并不占主導作用，溫度作用所占比例很小。

8）針對本工程中的大跨度懸挑結構，在復核結構強度、變形的情況下，同時校核結構舒適度，計算結果滿足要求；針對建筑立面弧形造型要求，采用斜鋼柱作為豎向承重結構和墻面支撐結構，同時對所有斜柱進行不同地震水準下的性能目標分析，計算結果表明斜柱具有良好的抗震性能。

9）針對屋面大跨度屋蓋結構，采用平面管桁架結構方案，設置2個方向的主次桁架；屋面桁架布置依據建筑屋面造型確定，所有桁架支撐在剪力墻和框架柱頂；通過設置桁架水平支撐，使桁架具有良好的穩定性能，非線性穩定分析結果表明，屋蓋結構的穩定性遠高于規范要求。對大跨屋面空間結構中個別關鍵構件的防連續倒塌設計進行計算，增加關鍵構件及其附件構件的冗余度。

5 結語

通過合理的結構方案選型、結構布置、不同計算軟件和計算模型的分析與對比，結構位移比、位移角、剪重比、穩定性、塔的舒適度、構件應力比及構件設計等均滿足規范要求。通過對結構超限采取相應措施，結構具有良好的抗震性能。