大底盤軌道上蓋結構超限設計初探

黃偉

摘 要：以獅子山停車場設計為例，介紹了上蓋結構體系以及超限設計情況，提出了結構性能化設計目標，依照本地區抗震設防烈度確定其地震作用，采用不同的彈性分析程序YJK系列軟件、PKPM-Sausage與MIDAS軟件開展超限設計計算，并通過分析對比，互相校核結果，對重要結構構件進行抗震性能設計。結果表明，所選結構體系合理，各項性能均能達到預定的抗震性能目標，可供同類工程設計參考。

關鍵詞：獅子山;停車場上蓋結構;抗震分析

中圖分類號：TU31 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0007-03

1 項目概況

重慶軌道交通五號線北延伸段獅子山停車場是保證軌道五號線正常運營的綜合性基地，主要是負責地鐵車輛停放及日常保養、車輛檢修、設備維修等相關工作。

為充分利用土地資源，車場按上蓋預留物業開發考慮，蓋板下包含工程車庫、停車列檢庫、周月檢庫等軌道功能設施。車場蓋板面積較大，因此采用結構縫將蓋板分為7個區[1]。

車場規劃總建筑面積：558 509 m2，上蓋物業開發包括15棟高層住宅、幼兒園、商業等上蓋建筑，如圖1所示。

2 設計條件

各區間以變形縫劃分為獨立計算單元，各單元間獨立進行抗震超限分析計算。限于篇幅所限，本計算以4區作為計算分析對象。相關地震計算參數如下表1。

風荷載：基本風壓為Wo=0.40 kN/m2，舒適度驗算時采用10年重現期的風壓0.25 kN/m2。其余橫、活載按《荷載規范》取值，風壓放大系數1.1，風載體型系數1.3。

3 超限判定及結論

3.1 主要受力體系

建筑總高度78.5 m，裙房2層頂面標高15.4 m，塔樓層高3.0 m，22層。由于下部為大空間停車場，上部高層豎向受力構件需在2層裙房處轉換。地震荷載及風荷載產生的水平剪力主要由框支柱、框架柱承擔。

3.2 超限判定

結構超限類別及程度按《重慶市超限高層建筑工程界定規定》（2016年版）進行判定，如表2所示。

平面凹凸不規則判定：塔樓平面L/Lmax=7.6/32.5=0.23<0.35，按照凸出計算B/Bmax=12.95/33.5=0.39>0.3;根據《重慶市超限高層建筑工程界定規定》（2016年版），屬于平面凹凸不規則。

樓板局部不連續情況判定：樓板有效寬度/樓面寬度=1>0.5，且樓板開洞面積<30%， 樓板不存在不連續情況。

平面扭轉不規則情況判別，如表3所示。

豎向不規則情況判別，如表4、表5、表6所示。

3.3 超限評判結論

根據《重慶市超限高層建筑工程界定規定》（2016年版）規定，本工程為A級高度部分框支剪力墻結構，存在如下不規則：（1）扭轉不規則;（2）凹凸不規則;（3）構件間斷[2]。

4 超限設計

4.1 超限設計計算措施

針對本工程超限情況，采取了以下計算手段及加強措施：用YJK系列軟件與MIDAS軟件進行分析對比，確保計算指標準確可靠;進行多遇地震下補充計算：人工波兩組、天然波5組。地震效按時程曲線的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值取用;按《高層建筑混凝土結構技術規程》（以下簡稱《高規》）性能標準進行性能設計。構件按關鍵構件、普通構件和耗能構件。按D級性能目標，按不同強度地震計算，依據計算結果采取不同級別的加強措施;采用PKPM—SAUSAGE軟件進行罕遇地震動力彈塑性分析，驗證大震階段的性能目標，尋找薄弱構件與樓層，采取加強措施[3]。

4.2 抗震性能目標

根據結構構件部位及重要性，確定本項目框支框架、加強部位框支剪力墻為關鍵構件，其余豎向構件為普通構件，框架梁為耗能構件，如表7所示。

4.3 不同地震水準下的計算分析方法

第一性能水準：小震作用下，滿足彈性設計要求。

第二性能水準：中震作用下，不考慮與抗震等級有關的內力放大系數。核心筒底部加強區的抗震承載力按彈性設計，承載力滿足下式要求：γGSGE+γESEK≤R/γRE;

第三性能水準：①關鍵構件和豎向構件正截面承載力按不屈服設計，即滿足：SGE+SEK≤RK;②關鍵構件和豎向構件受剪承載力按彈性設計，滿足：γGSGE+γESEK≤R/γRE;③耗能構件部分屈服，抗剪承載力不屈服，滿足：SGE+SEK≤RK。

第四性能水準：大震作用下，不考慮內力放大系數。結構薄弱層最大層間位移角≤1/120。①關鍵構件正截面承載力和抗剪承載力按不屈服設計，即滿足下式要求：SGE+SEhk+0.4SEVK≤RK。②豎向構件滿足抗剪截面要求，即滿足下式要求：VGE+VEK≤0.15fcbh0。

4.4 地震工況計算結果

4.4.1 多遇地震

時程分析結果滿足多條時程曲線計算所得底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜法結果的80%，每條時程曲線計算結構底部剪力不小于振型反應譜法計算結果的65%。反應譜層間剪力在彈性階段對結構起控制作用。結構地震作用效應取時程法計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。YJK及midas building軟件的計算結果基本接近，相差不超過10%，表明結果合理可信，可以作為設計依據;有效質量系數大于90%，計算振型數足夠;基底剪重比按照《高規》的方法調整，如計算值不滿足規范要求，則放大地震剪力;在風荷載和地震作用下，樓層層間位移角小于1/1000，由地震工況控制，滿足《高規》3.7.3范圍。在偶然偏心工況下，扭轉位移比大于1.2小于1.5，屬于扭轉不規則結構;樓層側向剛度比滿足《高規》允許范圍內，剛度不突變;風荷載作用下，結構剛重比EJd/GH2小于2.7，超《高規》第5.4.1范圍，設計考慮重力二階效應;轉換層下部與上部結構側向剛度比大于0.5，符合《高規》附錄E的E.0.1條規定。綜上，本工程扭轉不規則，凹凸不規則，構件間斷，其余各項指標均滿足規范要求。FE2EA4C7-3244-48AE-9847-AEA3170429DE

4.4.2 設防地震計算結果

結構構件按中震下達到性能水準4（底部兩層剪力墻及框支框架達到性能水準3）進行設計，按《高規》3.11.3的規定計算，阻尼比取5.0%，連梁剛度折減系數取0.5。采用YJK軟件計算，中震分析的地震動參數按規范取值：αmax=0.12，如表8所示。

通過設防地震（中震）作用下的結構等效彈性分析，可以得出框支框架及底部兩層剪力墻能夠保證中震性能水準3的要求;其余部分結構能夠保證中震性能水準4的要求。

4.4.3 大震彈塑性計算結果（表9）

通過罕遇地震（大震）作用下的結構分析，可以得出以下結論：大震作用下彈塑性動力時程分析結果表明：本工程高層住宅（單塔）X、Y向樓層的最大層間位移角均小于規范剪力墻結構的的限值1/120。滿足《高規》中表3.11.3中性能目標D（框支框架及底部兩層剪力墻為性能目標C）關于罕遇地震作用下彈塑性變形要求。在大震作用下彈塑性動力時程分析結果表明：框支框架及相關裙樓柱基本完好，關鍵構件及轉換層樓板僅出現輕微損傷，其余樓板基本處于無損傷。結果表明：在大震作用下，本工程各塔樓的各個構件在大震下均滿足預定的性能水準，且轉換層以下結構不先于轉換層以上結構破壞。在大震作用下，結構整體抗震性能與預期塑性化過程吻合。

4.4.4 其他加強措施

按《高規》執行性能設計，根據抗震中不同構件的重要性及其作用，將構件分為關鍵構件、普通構件和耗能構件，并按D級（底部兩層剪力墻及框支框架抗震性能目標為C級）采取加強措施。

針對平面不規則（扭轉、凹凸）的措施：①模型計算考慮雙向地震;②加強外圍框架，提高整體抗扭性能;③關鍵部位樓板厚度增加，樓板配筋率適當提高，增強樓板的抗剪承載力，確保水平力傳遞;④對于位移比較大的位置加強同周邊的連接并提高其剛度。

綜上所述，本工程經過計算結構整體抗震性能良好，與預期塑性化過程吻合;通過優化結構布置，主要受力構件均能實現各項抗震性能目標。

參考文獻

[1] 吳曉明.某有軌電車停車場上蓋高層建筑結構設計與分析[J].建筑結構，2021，51（s1）：71-76.

[2] 趙朝林，李如恒，孔瑜文.地鐵停車場蓋上物業開發結構設計問題及解決方案[J].智能城市，2020，6（19）：4-7.

[3] 李俊生.某地鐵停車場上蓋超限高層建筑動力彈塑性分析[J].科技與創新，2015（7）：2-3.FE2EA4C7-3244-48AE-9847-AEA3170429DE