第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 圣和圣广场三期超限高层结构设计 黄强陈由伟 (上海建科建筑设计院有限公司上海 200032 提要：本文针对圣和圣广场三期大底盘地下室上的4栋超联高层，介绍了该超凝高层建筑结构设计的若干间题，分析了该建筑结 构基本指标以及针对结果采取的加强措施，同时考虑了结构的优化设计内容，为同类工程提供参考.
关键词：超限高层，框支转换，楼板开润，优化设计 1工程概述 本项目位于上海市闸北区山西北路、海宁路13号地块， 基地东至山西北路，西至福建北路，北至海宁路，南至塘沽 路.
由3栋28层主屋面高86.45m的高层住宅楼（5~7号楼）、1 栋14层主屋面高44.45m的高层住宅楼（8号楼），其中5号楼和 8号楼附带地上一层裙房、2栋独立的1层商业用房通过3层地 下室（非人防）整体相连.
本工程为现浇钢筋混凝土结构.
该建筑被上海市抗震设防审查委员会列为超限高层建筑.
工程设计的主要难点在于：1、设计周期很长，从 2010-2013年建筑方案数次调整，结构设计主要设计规范期 间内陆续完成修订改版，结构设计反复调整.
2、本单位为设 计总承包单位，合作的设计单位有咨询公司、外立面公司、 幕墙设计公司、室内设计、基坑支护设计等，需总体沟通协 调各家设计单位，设计难点很大.
2结构选型 图1建筑效果图 2.1结构体系 本工程住宅塔楼（5号～8号楼）结构单体采用钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系：塔楼地上首层层高4.9m 各塔楼入口大堂处部分剪力墙不落地，在2层楼面局部通过转换柱转换梁转换.
楼面标准层层高3.0m.
建筑物设计使用年限：50年：建筑物类别：丙类：建筑物安全等级：二级：抗震设防烈度：7度：设计基本地 震加速度值：0.10g：设计地震分组：第一组：场地类别：上海IV类（特征周期：0.9s）， 2.2超限状况 2.2.1结构平面规则性 平面凹凸规则性：各塔楼标准层平面在中部一侧局部凸出，结构近似呈倒“凸"字形，其凸出部分宽度大于相应 投影方向总尺寸的30%，不符合建筑物规则性超限认定所定义的“结构平面凸出长度大于相应投影方向总尺寸的30% 且凸出的宽度小于相应投影方向总尺寸的30%或小于凸出长度的50%”的情况，因此本工程各塔楼结构平面定性为 平面凹凸不规则.
黄强， 198&2.30 出生 男 工学明出 一细注册结构工程师 PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建.fineprint.cn
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 楼板连续性：各塔楼除结构顶部复式户型上层由于楼梯间、电梯井开洞及局部挑空造成较大范围楼板缺失，以 至于该层楼盖平面中部有效楼板宽度小于该层楼板宽度的50%，属于“楼板局部不连续”，其余楼层结构平面均无较大 范围楼板局部缺失，整体来说绝大部分楼层楼板完整性较好（楼板开洞面积比率小于30%）.
错层：塔楼区域首层结构底板与周围地下室连成一体但高出周围地下室顶板结构顶面约1.73m，周围纯地下室区 域顶板上覆土至标高-0.100m.
主体结构与地下室形成局部错层.
2.2.2结构竖向规则性 5号～8号塔楼均存在入口大堂处部分剪力墙不落地，在2层楼面局部采用框架柱转换梁进行转换，根据《抗规》 表342-2，该结构为整向抗侧力构件局部不连续.
另外，由于顶部复式户型的需要，局部墙、柱在复式下层以上未能延伸至屋面面采取了局部的梁上柱的做法， 也形成了局部托柱（小墙肢）梁，形成竖向抗侧力构件局部不连续，地下室部分区域也存在部分竖向抗侧力构件局 部不连续的情况.
故5号~8号塔楼被定性为平面不规则及竖向特别不规则的超限高层建筑.
2.3超限的对策和措施 为保证结构的抗震性能安全，一方面结构计算模型应符合实际情况，力求计算结果能准确地反映结构的抗震能 力以及薄弱部位：另一方面要按概念设计的原则和性能设计的结论，采取适当的抗震加强措施.
2.3.1计算措施 针对上述认定，采用基于结构性能的抗震设计理念指导设计，其性能目标详见表1.
结构计算方面：分别进行 多遇地震、基本地震、罕遇地震计算.
设计采用SATWE程序和PMSAP程序对各楼进行了计算分析，计算以地下室顶板作为各楼上部结构的嵌固端， 采用了扭转耦联的振型分解反应谱法，考虑了单向地震作用下土5%的信然偏心及双向地震作用的扭转效应.
同时， 采用一条人工波及两条天然波补充进行了弹性动力时程分析以及补充了静力弹塑性推履分析.
对比两个程序的计算结果，在周期所反映的结构自身振动特征、位移所反映的结构总体刚度、剪重比所反映的 地震作用等主要方面的指标的趋势基本一致.
各楼结构的前2个振型均为平动，第3振型为扭转，以扭转为主的周 期与以第1平动为主的周期的比值均小于0.85：各楼各楼层的层间位移角均小于1/1000，地上1层（框支层）的层 间位移角均小于1/2500：各楼各楼层最大弹性位移与平均位移的比值均小于1.2：底部剪重比均大于1.6%：最大地 震作用的方向角基本一致.
由3条地震曲线（SHW1-4、SHW3-4及SHW4-4）按单条曲线弹性动力时程分析所得结构底部双向地震剪力不 小于振型分解反应谱法的65%，平均值大于80%.
静力弹塑性推覆分析结果的最大弹塑性层间位移角小于1/100.
结果表明，各楼结构体系的选择、计算程序的选用及结构构件的布置基本合适，经完善后可满足抗震设计的要 求.
表1抗震性能目标 地震烈度 多遇地震 基本烈度地震 罕遇地震 抗震规范设防目标 小震不坏 中蒙可修 大震不倒 性能等级 充分运行 基本运行 生命安全 允许层间位移 1/800 1/300~1/500 1/100 框架柱 弹性 不屈股 不屈服 框架梁、连梁 弹性 部分屈股 允许破坏 转换构件（托柱梁） 弹性 不屈股 不屈服 底都剪力境加强区 弹性 弹性 不屈服 非底部剪力境加区 弹性 不屈股 部分屈股 整体计算方法 弹性反应谱、弹性时程 弹性反应谱近似计算 弹性反应谱近似计算 静力弹整性分析 采用程序 SAIWE、 PMSAP SATWE SATWE、 PUSHEPDA 表2多遇地震下的主要结果 PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建.fineprint.cn
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 圣和圣广场三期十三号地块项目 SATWE 序号 规范控制值 6号7号住宅塔楼 x方向 或控制标准 1 剪重比（%） 3.18 3.22 >1.6 2 有效质量系数（%） 99.50 99.86 >90 3 刚重比 4.52 4.45 >1.4 >2.7 层间相对位移角 地震力 Uma/H 1/1036 1/1008 4 风荷裁 Umax/H 1/3572 <1/1000 1/2013 5 地震作用下首层最大层间相对位移角 1/3272 1/4267 <1/2500 最大层间位移比 地震力 6 Mav/Ave 1.24 1.38 宜<1.2 风荷载 Mav/Ave 1.11 1.19 应<14 7 底县抗震墙轴压比最大值 041 <0.60 8 底层框架柱轴压比最大值 061 1L/EL T3=1.5616 扭转系数098 10 地下一层与首层剪切度比 2.93 218 >1.50 11 首层与相邻上层剪切度比 081 0.77 >0.60 2.3.2抗震措施 层逐层降低.
表3抗震等级的设定 构件类型 5号住宅塔楼 6号、7号住宅塔楼 8号住宅塔楼 抗震墙（含连梁） 二级 二级 三级 框架柱（局部） 二级 二级 三级 框架梁 二级 二级 三级 复式楼层转换构件 级 级 二级 底部加强区抗震墙 一级 级 二级 底部磁区框架柱(局部) 级 级 级 底部加强区框浆梁 级 级 二级 框支层梁柱 级 级 二级 2.3.3楼板的加强 本工程塔楼楼盖采用现浇钢筋混凝土梁、板结构.
在整体计算中取消全楼强制性钢性楼板假定进行计算，对转 换层楼板及楼板薄羽部位均采用应力分析，本楼顶层部位存在大量楼板开洞，该类楼板应定义弹性楼板，以考虑楼 板刚度对水平位移的影响.
上下层楼板按应力分析此楼板受力情况来确定最终板厚.
有效宽度很小的楼板的设计控 制多遇地震下混凝土主拉应力不超过混凝土抗拉强度设计值，基本烈度下竖向荷载与地震作用组合时板内钢筋不屈 服.
首层（地下室顶板）板厚200mm2层转换层楼板厚度为180mm：转换层上层的3层楼板厚度为150mm.局 部转换层复式层下层楼板厚度为180mm，复式层上层楼板厚度为150mm，加强楼盖整体性和利于水平荷载的传递.
其余标准层板厚以不小于110mm为主：屋面楼板厚以不小于120mm为主，局部跨度较大板格楼板厚度适当增大.
采用PMSAP进行结构复核，直接读取楼板的应力进行复核，除个别楼板洞口角部应力集中，其余均能满足设计目 标 2.3.4其他抗震构造措施 1、适当增加地下室部分Y向剪力墙，进一步满足嵌固端的设计要求，同时减小Y向刚心与质心的偏差.
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第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2、地下室项板高差部位采用梁加腋措施外，竖向构件提高一个等级，采用特一级抗震构造措施，箍筋全高加密.
3、继续优化剪力墙布置，适当增加底部剪力墙，一层主要剪力墙厚度为320mm，二层以上主要剪力墙厚度为 200~300mm 4、适当加大框支梁、框支柱的截面及配筋要求，原设计框支梁局部1000mm，局部1400mm变截面高，现设计 为1400mm等高.
框支柱截面1000X1000mm至600X800mm不等，箍筋提高至三级钢直径14.由于框支梁上部剪 力墙并不居中，框支梁需要考虑扭转，腰筋采用三级钢直径20.
5、顶层复式局部转换构件采用型钢混凝土结构并结合其优点，采用悬吊式结构设计思路，通过上层型钢混凝 土梁及柱拉住下层转换梁，克服复式层局部转换构件尺寸过大对建筑的不利影响同时提高结构整体性能.
3、地下部分与地基基础 地下室于塔楼结构范围内的结构形式与首层塔楼结构体系相同，为抗震墙结构：本工程地下室的长度较长，结 构采用了不设缝设计方案，5~8号住宅塔楼与裙房及相邻地下车库基础间，由于结构高度差异较大，将会存在一 定的差异沉降，为解决主塔与裙房间差异沉降问题，为降低各塔楼与纯地下室之间沉降差对结构的不利影响，本工 程采用在塔楼投影轮廊外侧设沉降后浇带，通过采取一定的抗震构造加强措施（如适当增加塔楼与纯地下室过渡区 域基础底板厚度、适当提高底板配筋率等）以缓解塔楼和地下室之间的差异沉降的不利影响：沉降后浇带需待塔楼 封顶且在自重和装修荷载作用下沉降初步稳定后方可封闭（原设计方案在8号楼和67号楼间设置的沉降缝取消）.
市 图2地下室平面图 地下室顶板设计考虑为上部结构的嵌固端要求，拟采用顶板厚度为200mm，有种植覆土的顶板为250mm，地 下二层、三层板厚为150mm地基基础设计等级：甲级：建筑桩基设计等级：甲级.
本场地内的地下水对钢筋混 凝土结构中的钢筋及混凝土均无腐蚀性.
地下室抗浮设计水位埋深取：0.5m.
本工程采用平板式桩筏基础，筏板 为1500mm（5~7号楼下筏板）、950mmm（其余部分）：根据前述地勘报告，并参考相邻地块的已建工程的试桩及 工程桩采用情况，原设计方案部分采用管桩的方案取消，本工程承压桩和抗拔桩在桩型选择上全部采用钻孔灌注桩.
塔楼区域（5~8号楼）筏板以下桩基均为承压桩，除塔楼区域以外的地下车库区域采用抗拔桩.
表4桩基础设计 楼号 桩型 受力类型 桩瑞持力层 桩长 单桩承裁力极 单桩承载力 (m) 限标准伯(kN) 设计值(KN) 5号楼 中700钻孔灌注桩 抗压 8层土 47.0 5500 2700 6号楼 中700钻孔潜注桩 抗压 8层土 47.0 5500 2700 7号楼 中700钻孔灌注桩 抗压 8层土 47.0 5500 2700 8号楼 中600钻孔潜注桩 抗压 层土 28.0 2800 1400 裙房及商业 中600钻孔灌注桩 抗拔 层土 18.0 1000 500 纯地下室 中600钻孔灌注桩 抗拔 层土 18.0 1000 009 各塔楼主要计算沉降结果如下：按上海基础设计规范计算结果表明：5号楼中心计算最大沉降量133mm，6 PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建.fineprint.cn
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 号7号楼中心计算最大沉降量146mm，8号楼中心计算最大沉降量55mm，满足规范要求.
4结构优化设计 本工程在满足规范不断更新提高要求、科技委评审及审图要求非常严格前提下，还要满足业主对结构优化的 要求，对结构设计提出了很大的挑战.
结构优化主要集中在三个阶段：1、结构方案选型阶段2、结构计算优化阶段3施工图设计配筋优化阶段.
4.1结构方案选型阶段 上部结构由于建筑方案为主以及住宅建筑的局限型，很难在结构体系方面有较大突破，在结构方案选型阶段 主要是针对地下室及地基基础.
地下室：对比了普通梁板体系、宽扁梁体系及无梁楼盖体系，分析后对地下二层、 三层采用宽扁梁方案，地下二层、三层尽量控制操高500mm，地下一层由于有1.5m的覆土，及嵌固端的要求，地 下一层项板采用普通梁板体系尽量控制梁高800mm.
最终有效的压缩了建筑物的层高：地下一层层高3.9米，：地 下二层层高3.6米：地下三层层高3.6米，总建筑物基坑深度14米，局部基坑最深度16.5米，基坑支护仍采用三 轴搅拌桩侧向支撑体系.
桩基础：对比了PHC管桩及灌注桩方案，最终由于市中心的特点，全部采用了全钻孔灌注桩的方案，根据受 力情况，同时考虑了基坑桩设计与结构桩设计二合一的设计思路，采用了600、700、800、850四种直径、八种规 格的桩类型.
节约了基坑维护的立柱桩56根.
42结构计算优化阶段 上部结构采用大开间剪力墙的布置思路，剪力墙尽量集中布置，在满足质量偏心的前提下，转换部位的上部 剪力墙尽量减少布置.
提供下部剪力墙混凝土强度至C50，提高混凝土弹性模量，间接使位层位移角更容易满足设 计要求.
图45号楼二层平面图 PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建.fineprint.cn
