1、1上海航空器适航审定中心抗震设计研究摘要：上海航空器适航审定和中心结构体系为钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，为平面与立面均不规则的复杂超限高层建筑。通过设防烈度下的弹性静力分析和弹性动力分析以及构造上的措施，能满足现行的建筑结构相关抗震规范、规程的要求。通过对结构楼板塔楼收进层的应力分析，能确保楼板在中大震下的安全性，及结构的整体性。通过弹塑性静力分析，能够确保大震下主楼框架柱不发生剪切破坏。 关键词超限高层建筑 框架-剪力墙结构 弹性静力分析 弹性动力分析 弹塑性静力分析 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 1.1 工程概况 本工程拟建场地位于上海龙华航空服务产业集聚区的
2、项目基地中，基地以云锦路为分界线的西侧 W-1 地块的北侧区域，龙启路以南，简称W-1A 地块，项目名称为适航审定中心大楼（主楼） ，大楼南则有附属小楼（副楼） ，主要用途为适航审定培训中心，附属小楼主要为模拟机房。 1.2 结构设计方针 适航审定中心大楼结构体系为框剪结构，现浇梁板楼屋盖。竖向承重、抗震构件从下至上为连续，水平构件连续，体型规整，为了提高整体抗扭，抗震剪力墙尽可能呈对称均匀布置。建筑物的嵌固端为 B1 层顶2板。嵌固端位置上下层侧向刚度比满足规范要求的 2 倍值。刚度计算所取范围也在规范所要求的相对范围之内。由于本大楼长向边长有 120m 以上，属于超长建筑物，所以设置 2
3、条施工后浇带，具体位置及措施详见46 节内容及图示。 附属小楼结构体系为框架结构，属于现浇结构，竖向承重，抗震构件均为连续，体型规整，剪力墙的配置比较对称。建筑物的嵌固端同样为 B1 层顶板。屋顶层上方有来至大楼外装饰层钢结构从中庭屋顶延伸部分。外装饰层钢结构与屋顶呈铰接。 中庭钢结构屋顶有两部分组成，附属小楼右侧向东的钢屋顶是大楼外装饰层钢结构的延续，有独立钢柱支撑。中庭左半部钢屋顶延伸至大楼与大楼外装饰层钢结构之间设有抗震缝，屋顶端钢结构与大楼之间设置滑动支座。 1.3 结构体系介绍 审定中心主楼为地上 15 层、地下 3 层，建筑大屋面檐口标高 68.7米（从室外地面算起） ，地上部分建
4、筑形状，略带一点圆弧形的长方体，长边向柱距为 8.85 米，短边向柱距从北至南为 8.3、7.0、8.0m。标准层层高为 4.2m；首层为 7.0m；2 层 5.0m；10 层吊顶内由于设备管道中转，层高取 6.3m。另外从 14、15 层 10 轴以右有逐层收进现象。 结构抗侧力体系采用框架-剪力墙，典型框架柱截面 900x1500，剪力墙厚度为 900mm250mm。 楼板体系的确定，是与建筑物的整体结构体系，建筑平面功能布置、机电要求，尤其是层高、净高要求有密切相关的，考虑到本工程体系及3平面布置的特点，采用梁板型式。典型框架梁截面为加腋梁800900700，典型次梁截面为 300650
5、；地下室顶板厚度为200mm（作为嵌固层） ，室外区域板厚为 300mm，其它楼层典型板厚为130mm，屋面层楼板厚 130mm。 附属小楼呈长方形建筑，长边约 50m，短边约 34m。柱距为7.5、8.4m；首层层高 8.0m；2-3 层高 5.0m。首层飞行器模拟机房部分的层高要求很高，所以 2 层部分为无楼板楼层。外墙材料为 GRC。 适航审定中心大楼与附属小楼之间设置有 3 层高中庭，中庭钢结构屋顶与大楼之间设有滑动支座并与大楼外装支撑结构分离，属于附属钢结构次构件。 1.4 超限分析 1、主楼在 14 层为大屋面，平面长度为 116.1 米，15 层平面长度为约 70.8 米，収进尺
6、寸达 45.3 米，立面収进的水平尺寸达到相邻下一层的 39%（超过 30%） ，属于竖向不规则。 （如图 5.2.1） 2、根据初步计算结果，在考虑偶然偏心作用下，楼层的最大弹性水平位移与该楼层两端水平位移平均值的比值为大于 1.2，属于扭转不规则。审定中心主楼立面收进示意图 1.5 分析软件及假定 结构分别采用 SATWE（2010 版）和 MIDAS BUILDING（2010 版）两种4不同力学模型的三维空间分析软件进行整体计算，采用弹性方法计算结构荷载和多遇地震作用下内力和位移，并考虑 P效应，采用弹性时程分析法进行补充验算。 MIDAS BUILDING 模型中楼板是用“膜元”来模
7、拟的，而剪力墙则用“壳元”来模拟,梁和柱则用“线元”来模拟。P- 效应已包括在分析中。地震质量来源是由附加恒荷载及模型自重产生的。附加恒荷载由恰当的面荷载，线荷载及点荷载来模拟。外墙质量是由建筑周边的线荷载来表示 1.6 动力特性分析 X、Y 方向振型参与质量为 98%和 98%，满足规范的 90%的要求。 第一扭转振型周期与第一平动周期的比值为 0.840.85，满足规范要求。且 X 向平动周期与 Y 向平动周期相差不到 10%，说明两个方向的动力特性较为接近。 虽然主楼竖向不规则，存在立面收进，但是通过调整两端剪力墙的厚度以及边跨框架柱大小等方式，使其第一和第二振型仍为 X 向和 Y 向的
8、平动，Y 向平动系数达到 0.9 以上，结构并未由于空间质心的偏移而产生较大的扭转。 最大位移的位置（图中红虚线） ，在施工图设计时对于这些角柱将严格控制轴压比数值不超过 0.7，箍筋采用直径增大一档，全高加密进行处理。 5图 7.2.3.5 Y 向最大位移的位置（图中红虚线） 虽然审定中心大楼的首层层高 7.0 米，设备转换层层高 6.3 米，标准层层高 4.2 米，但是通过合理的结构布置以及墙柱收断面，结构并未出现软弱层与薄弱层。 1.7 审定中心主楼弹塑性静力分析 由于审定中心主楼存在立面收进，因此柱补充其弹塑性静力分析，从而找出薄弱部位，在构造措施上进行加强。 主楼在 X 方向 PUS
9、HOVER 加载至第 28 步（中震性能点对应的步数是第 28 步）时 X-Z 轴投影图象，可以看到在剪力墙的连梁上出现了大量的塑性铰（黄色圆点） ，底部加强区剪力墙的墙身出现受拉和受压的裂缝（红色小短线） ，在周围的框架上并未出现塑性铰。 主楼在 X 方向 PUSHOVER 加载至第 63 步（大震性能点）时 X-Z 轴投影图象，可以看到在剪力墙的连梁的塑性铰进一步的开展，剪力墙的墙身出现大量的受拉裂缝（黄色） ，底部加强区剪力墙在底部出现了受压裂缝（红色） ，在两侧剪力墙周围的框架梁上出现了塑性铰，但在框架柱上并未出现塑性铰。 主楼在 Y 方向 PUSHOVER 加载至第 20 步（中震性
10、能点对应的步数是第 20 步）时 Y-Z 轴投影图象，可以看到在剪力墙的连梁上出现了大量的塑性铰（黄色圆点） ，底部加强区剪力墙的墙身出现受拉和受压的裂缝（红色小短线） ，在周围的框架上并未出现塑性铰。 主楼在 Y 方向 PUSHOVER 加载至第 26 步（大震性能点）时 Y-Z 轴投6影图象，可以看到在剪力墙的连梁的塑性铰进一步的开展，剪力墙的墙身出现大量的受拉裂缝（红色小短线） ，底部加强区剪力墙在底部出现了受压裂缝（红色小短线） ，在周围的框架上并未出现塑性铰。 综上所述，结构产生的塑性铰主要集中在连梁以及墙体周边的框架梁上，同时墙体也产生了裂缝，而外围的框架柱没有塑性铰的产生。这样的
11、出铰部位和顺序完全符合抗震概念设计的要求，即连梁、剪力墙作为结构抗震的第一道防线，首先进入塑性，消耗地震能量；而框架作为第二道防线，保证结构在大震情况下的安全。 2. 针对竖向不规则的加强措施 1.针对立面収进处的楼板和其上下各一层的楼板板厚适当加厚，提高楼板的配筋率。 2.对于収进上下各一层的框架柱，采取如下措施：箍筋加密，箍筋直径提高一档，柱配筋率提高，严格控制柱的轴压比。 3.保证収进上下两层剪力墙的截面保持一致，加大剪力墙构造边缘构件的配筋率。 4.避免在収进处，混凝土强度等级的变化，以免形成薄弱层。 3. 结构抗震性能的综合评价 工程整体分析分别采用 SATWE 和 MIDAS BU
12、ILDING 两种不同力学模型的程序计算，分析结果基本一致，可以确保工程的计算的可靠性。采用SATWE 作为分析主程序，并补充弹性时程分析，采用 EPDA 进行弹塑性静力分析，做了更深入的研究。 综合本报告的抗震设防专项设计，总结如下： 71、SATWE 和 MIDAS BUILDING 整体计算分析结果基本一致，保证了分析的可靠性。 2、振型分解反应谱分析的基底剪力大于弹性时程分析的包络值，仅在 Y 向 14 层以上略大于 CQC，设计时针对这些楼层的地震剪力乘以 1.2的放大系数。 3、结构弹（塑）性分析可实现小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设计目标。 4、主楼立面收进处采取加大楼板厚度与配筋，提高竖向构件的抗震构造措施等，保证性能目标的实现。
