某檔案館超限結構設計

周輝

0 引言

因建筑功能需求，江北新區檔案綜合服務中心工程存在多項不規則項，屬于特別不規則建筑，設計時具有較大難度。本文對該項目的設計要項進行了闡述，包括多遇地震線彈性分析、關鍵構件的性能水準驗算、罕遇地震彈塑性分析以及難點的專項分析，旨在能夠為類似工程的設計施工建設提供參考。

1 工程概況

江北新區檔案綜合服務中心工程位于南京市江北新區頂山街道，東至江北快速通道，西至珍珠路，北至丁家山河。總建筑面積約101 945.37m2。地下整體一層，深6.5m，建筑面積26 184.88m2，局部配建人防地下室。地上建筑面積78 760.49m2，分為主樓和輔樓兩部分。

本文主要介紹主樓——檔案綜合服務中心結構設計的相關內容。主樓共11 層，建筑面積約65 760m2，建筑高度50.10m，屋面最高點高度為57.1m。1 層包含檔案綜合服務中心對外服務、展覽、會議等功能，層高7m，2 層為檔案處理技術用房，層高為5m，3～11 層為檔案庫房及附屬辦公用房，三層層高4.5m，其余各層層高均為4.2m。

2 結構布置及超限設計

2.1 結構布置

2.1.1 豎向結構體系

主樓主屋面建筑高度49.80m，屬于高層建筑，不落地柱采用懸挑鋼桁架轉換[1]。主樓外形呈鉆石造型，主體結構樓面尺寸根據建筑外形逐層變化，如圖1 所示，各層面積差異較大。為提高抗側剛度、減少水平荷載作用下的結構側移，主樓采用具有多道設防的框架剪力墻結構。為了滿足建筑立面造型，主樓北側3 層以上懸挑最大達12m，在北側4～8 層設置兩道高度2 層的懸挑轉換桁架，采用鋼桁架對上部柱子進行轉換，將桁架的變形影響層數設置該范圍，盡量避免桁架變形導致屋面樓板開裂。結構模型三維圖如圖2 所示。裙樓地上2 層，地下1 層，采用框架結構，根據建筑功能及形體要求，裙樓不設縫，長度方向最長128m。

圖1 主樓立面圖

圖2 主樓結構三維模型圖

2.1.2 樓、屋面水平結構體系

主樓普通樓面均采用現澆鋼筋混凝土梁板結構，在第4、6、8 層樓面轉換桁架弦桿與剪力墻和框架柱之間設置水平支撐，保證在不考慮樓板作用下桁架水平力能夠有效傳遞到周邊核心筒剪力墻和框架柱上，同時此處樓板采用彈性樓板設計。設計時考慮在4 層至屋面懸挑桁架處樓板設置后澆帶，釋放早期桁架變形帶來的混凝土樓面附加應力，待主體施工完成后封閉后澆帶，以減小后期使用荷載帶來整體懸挑桁架變形引起的樓板拉應力，防止后期使用時樓板開裂。屋面以上構架層為鉆石造型的不可或缺部分，屋面以上采用鋼框架形式完成整體造型。

2.2 超限設計

針對結構的多項不規則，采用模擬分析和其他關鍵點分析措施確保結構安全可靠。

（1）扭轉不規則，X 向1.29，Y 向1.42，均大于1.2；

目前，一些小的鋼貿企業還沒有建立完善的成本控制制度，導致成本控制達不到預期的效果。還有一部分鋼貿企業建立了成本控制制度，但是沒有形成配套的機制，比如監督制度、績效考核機制等，也就是沒有將成本控制和企業員工的利益掛鉤，員工不會主動參與到成本控制中去，使得鋼貿企業的成本控制制度流于表面，實際發揮作用不是很大。

利用SAUSAGE 程序進行主樓模型建立。

（3）尺寸突變，如四層以上X 向收進37%；

（4）構件間斷，如主樓北側三層以上部分柱不落地[2]；

在現有電機試驗站中，電機進行型式試驗需要使用的變頻變壓電源，其在輸出頻率電壓調節、電源供電質量以及一些特殊應用上都有較高的要求，系統比較復雜，造價占比也較高。對于大功率試驗站的變頻變壓試驗電源，目前可供采用的產品和方案大致可以分為靜止變頻電源與機組變頻電源兩大類。

（5）局部不連續，二層大開洞區域存在部分穿層柱；

本主樓工程有多項不規則項：

3 模擬分析

3.1 整體彈性分析（振型分解反應譜法）

（2）物流績效水平改善對中國機械運輸設備出口數量邊際的影響遠大于擴展邊際和價格邊際，這說明物流績效還是主要通過數量邊際來影響機械運輸設備的出口。但由于 “以量取勝”的貿易模式是一種不可持續的增長模式，因為它主要依靠廉價的勞動力、能源、資源等因素來維持。而隨著中國勞動力價格的不斷上漲，能源和資源日趨短缺，中國企業可以增加研發投入，提升創新能力，提高出口產品的技術含量，實現 “以量取勝”的貿易增長模式向 “以質取勝”的貿易模式轉變。

在進行內江地區花萼濕地公園的休閑園區布局時：（1）進行了鄉土花園的空間布局，通過設置鄉土花果植物的搭配，形成在曲線綠地中極富地域特色的景觀環境，并向北江岸自然延展；（2）進行了感官花園的空間布局，在逐層跌落的臺地花園中布置芳香類植物，結合疊泉等動態景觀，打造親近游覽者的柔性景觀界面；（3）設置了兒童游戲場、老人健步道，結合橋下空間設置極限運動場和運動球場，布置觀賞植物群落形成輕松愉悅的環境氛圍；（4）進行了星空花園的空間布局，利用原始較高的地形，在山丘頂部設置戶外露營區。

表1 主樓主要計算參數

表2 PKPM 和SAP2000 主樓計算結果對比匯總表

（1）由于各項計算結果接近，說明計算模型合理，可作為結構設計的根據。

（2）扭轉周期比小于0.85，滿足規范要求。

[19]錢天培等：《非死不可？深扒Facebook丑聞背后的神秘數據公司如何玩轉人心》，2018年3月30日，http://www.cebnet.com.cn/20180330/102478511.html.

（3）水平力作用下層間位移角滿足小于1/800 的要求。

（4）最小樓層受剪承載力比、剛度比均滿足規定，可判定結構不存在薄弱樓層。

（5）主樓結構兩個方向的剛重比均滿足結構整體穩定驗算，且可以忽略重力二階效應。

3.2 多遇地震彈性時程分析

進行多遇地震彈性時程分析時，地震加速度最大值采用45gal。選用5 條天然波，2 條人工波。每組自然波包括三向水平實測記錄，定義峰值最大的方向為主方向，其余兩方向為次方向。采用選取的自然波進行地震動分析，可知：

（1）各時程分析曲線計算得到的結構底部剪力值均大于振型分解反應譜法的65%，前者計算平均值大于后者的80%，滿足規范要求。

（2）每條時程曲線分析得出的各層剪力的平均值均小于反應譜分析結果，故無需對反應譜法計算所得的地震剪力進行放大。

趙五娘“事姑舅”的具體內容是什么？蔡伯喈臨行時要求趙五娘在生活上照顧二老，這種要求是合理的。而趙五娘的理解，跟蔡伯喈的要求相一致。試想已經喪失了勞動能力的一對老人，他們晚年的生活，按我們中華民族的傳統，當然須下輩贍養、照顧、服侍。《琵琶記》戲文所寫的，就是這樣的一些內容。趙五娘的優秀品質，就是從這些平凡的事情里顯現出來。

(3)適當保留，提高綜合收益。廬山民宿目前在“攜程”“去哪兒”上的掛牌價都不高，經營者的利潤空間也不大，民宿經營者在通過OTA網站或其他線上分銷渠道出售房晚時，可做出適當保留，不必過早地將客房以低價賣出，可以根據實際情況保留一定的房間數量，用來出售給愿意給出更高價的客人。通常來說，直銷收益會高于分銷，相比于在線預訂的消費者，門市客更愿意付出高價來入住，因此民宿經營者可以自己招徠生意，或是通過老顧客上門入住，來獲得更高的綜合收益。

（3）時程反應包絡值接近反應譜計算結果，X 向、Y 向最大層間位移角均滿足規范的限制要求。

（4）位移曲線無較大突變，結構側向剛度較為均勻，結構體系無明顯薄弱層。

3.3 結構抗震性能化設計

按照性能目標要求，需復核結構構件在中震、大震作用下的承載力。使用PKPM 計算參數如表3 所示。

表3 中震和大震計算參數表

3.3.1 底部加強部位剪力墻抗震性能化設計

為滿足結構在設防烈度地震作用下的性能目標，采用中震反應譜方法進行等效彈性計算。在中震不屈服下（工況為1.0D+0.8L+1.0 雙向地震），底部加強部位剪力墻墻肢出現拉應力。大部分墻肢拉應力都小于ftk，局部墻肢拉應力大于ftk，如圖3 所示，在這部分墻肢按構造要求配置型鋼，可滿足要求。

采用PKPM和SAP2000分別對主樓結構分析模型進行對比分析，構件根據實際尺寸輸入模型，主要模型參數如表1 所示[3]，計算周期結果如表2 所示。各項整體指標滿足規范要求，得出以下結論：

圖3 剪力墻布置圖

在進行底部加強部位剪力墻受剪截面條件驗算時，以承擔地震剪力的L 軸交7～8 軸之間底層剪力墻為例。在預估的罕遇地震作用下，該片墻總剪力為20 643.1kN（其中左側墻肢剪力為5 786.1kN，右側墻肢剪力為14 857kN），剪壓比超過限值16 795.2kN。故需在剪力墻中設置型鋼支撐，此時端部型鋼和鋼斜撐可承受的剪力值為8 832.8kN，故墻肢截面僅考慮鋼筋混凝土部分承受的剪力值可滿足大震截面限制條件。

（1）結構彈塑性樓層剪力響應

“心識不滅”與靈魂掙扎——從《我與地壇》看史鐵生的散文創作主題………………………………………………彭冠龍（2）：114

采用SAP2000 對轉換層樓板進行中震作用下的樓板應力分析，樓板采用C35 混凝土。在中震作用下，4 層樓板大部分正應力小于1.0Mpa，剪力墻附近樓板應力有加大趨勢，但整體數值較小。故可按豎向荷載作用進行樓板配筋，并復核包含中震工況下的樓板配筋，以確保樓板傳遞水平地震力及豎向力。

3.4 罕遇地震作用下的動力彈塑性分析

3.4.1 計算模型

（2）樓板不連續，存在開洞面積大于30%的樓板；

規范建筑工程的施工材料檢測流程就需要有專業的檢測人員利用專業的檢測手段去勝任這份工作。為了保證檢測結果的無誤首先就是要借助與精密的測量儀器，但是保證建筑工程施工材料的質量還是掌握在檢測人員的手中而儀器只是輔助工具。作為一名合格的建筑工程原料檢測人員首先就是要有職業道德素養，其次擁有專業的檢測技能。具有較高職業道德素養的檢測人員對于他負責的檢測材料都會秉著認真負責的態度。專業技能過硬經驗豐富的檢測人員能夠靈活的利用手中的測量儀器完成測量任務。

進行彈塑性時程分析時，地震波采用所選的兩條天然波TH063TG065、TH002TG065 和一條人工波RH2TG065，以下分別用A、B、C 代指。

3.4.2 結果分析

3.3.2 中震作用下轉換層樓板應力分析

工程勘探工作是建筑工程施行之前所必須要進行的工作，但是當前相關人員大多忽視了工程勘探的重要性，僅僅在勘探的過程中做表面工作，或者在勘探的過程中忽視了對土質的物理和化學指標的勘察，另外，在地質勘探過程中，布孔過于稀少或者深度不夠都會造成勘探不準確的問題。

在三組地震波作用中，A 波下的結構在X、Y 兩個主方向基底剪力最大。大震彈塑性時程剪力是小震彈性基底剪力的3.4～4.4 倍。綜合構件損傷情況及基底剪力對比，說明大震時，連梁等耗能構件消耗能量較多，而結構整體剛度退化不大。

（2）結構彈塑性層間位移角及頂點位移

表4 給出了各組地震波輸入時，結構各主方向彈塑性最大層間位移角數值。在罕遇地震下結構的最大層間位移角為1/133，小于規范規定的1/100 限值。

表4 各組地震波下結構彈塑性最大樓層位移角

3.4.3 小結

（1）罕遇地震作用下，結構最大彈塑性層間位移角為1/133，滿足1/100 的位移角限制要求。

（2）罕遇地震作用下，連梁較早廣泛地產生塑性鉸，而墻柱產生塑性鉸的數量很少，進入塑性階段的時間也比較晚，達到預期目標。

（3）在罕遇地震作用下，混凝土剪力墻大部分為輕微損壞；框架梁大部分輕微損壞，作為耗能構件，連梁大部分為重度損壞；框架柱大部分僅為輕微損壞。通過罕遇地震的動力彈塑性分析，驗證了本項目主體結構能夠滿足預設的性能化目標。

農田水利建設是一件關系著國計民生的大事，加強對農田水利建設問題的研究具有重要的現實意義。近年來，高臺縣加強協調配合，創新管理機制，積極開展技術指導與服務，有力推動了全縣農田水利建設的穩步發展。

4 關鍵點分析

4.1 超長樓板溫度應力分析

本工程混凝土結構為超長結構，二層平臺和三層樓板南北向最大長度達150m，東西向最長達130m。故需對溫度作用下的樓板應力進行分析，本工程溫度作用按整體升降溫25℃考慮。考慮結構升降溫時間很長以及后澆帶、混凝土徐變等有利影響，溫度應力取0.3 的折減系數，樓面溫度應力按1.5～2Mpa 考慮。

4.2 懸挑轉換鋼桁架防連續倒塌分析

由于公共建筑結構需滿足抗連續倒塌概念設計的要求，故使用SAP2000 對結構進行防連續倒塌分析。轉換桁架在4～8層樓板按零厚度進行分析計算，不考慮樓板的傳力作用，拆除拉力最大的一根桿件（K 軸4～6 層拉桿）進行結構分析。計算結果顯示，在拆除懸挑桁架單根拉桿后，本結構體系仍然能夠有效地將力傳遞至相鄰結構，保證結構體系的完整，結構滿足防連續倒塌條件。

5 結論

針對江北新區檔案綜合服務中心工程主樓進行了多遇地震線彈性分析、關鍵構件的性能水準驗算、罕遇地震彈塑性分析、并對項目難點開展了專項分析。分析結果表明所采用的結構方案可以基本滿足各性能水準目標，結構方案安全可行。主要分析結論如下：

（1）采用PKPM 與SAP2000 對整體結構進行彈性分析，且計算結果吻合較好。分析表明結構各項指標均滿足相關規范要求。

（2）將多遇地震下彈性時程分析與振型分解反應譜法的分析結果進行對比，表明層間位移角均滿足規范的要求，結構小震抗震設計按反應譜法計算安全可靠。

（3）對結構關鍵部位構件采用性能化設計：底部加強部位剪力墻滿足中震下抗剪彈性、抗彎不屈服，轉換桁架滿足中震彈性、大震不屈服。關鍵構件滿足預期性能目標，保證結構在地震作用下具有足夠的安全度。

（4）罕遇地震彈塑性分析結果表明，結構最大彈塑性層間位移角滿足規范限值；在各工況下，主要抗側力構件沒有發生嚴重的破壞，大部分連梁屈服耗能，結構抗震性能較好，各構件均能滿足預設的性能目標。

將上述接枝聚合物與同一種SAN樹脂共混，保持共混物中橡膠質量分數都為20%，分析共混物的沖擊強度，如圖3所示。隨著接枝率增加，橡膠粒子接枝層厚度逐漸增加，接枝率在30%～60%范圍內共混物沖擊強度出現峰值。

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（5）針對主樓結構進行了超長樓板溫度應力分析、懸挑轉換鋼桁架防連續倒塌分析和主樓南側豎向大跨幕墻結構分析等專項分析驗算，綜合考慮各種不利工況下結構可能發生的損害，并結合分析結果進行包絡設計，保證了結構的安全性。

本工程對照各超限項進行了針對性的計算分析，并采取相應的加強措施，重要受力構件具有較好的安全儲備，整體結構可以滿足預設性能目標。