摘要：上海松江某商务办公楼采用框架-BRB支撑结构，应其方案造型新颖独特，造成结构产生屋顶连体、塔楼偏置、大面积开洞，等诸多平面和竖向不规则，针对其特点，对竖向构件进行合理布置，楼板进行局部加强，采用ETABS软件进行施工模拟分析，采用YJK软件进行楼板应力分析，采用ANSYS软件对跃层柱进行屈曲稳定分析，进行对本项目各难点进行详尽分析，可对相关类似项目提供设计参考。
关键字：大面积开洞；屈曲稳定；塔楼偏置
【Abstract】A commercial office building in Songjiang，Shanghai adopts frame-BRB support structure，which should be novel and unique in its design，resulting in roof joints，tower offsets，large-area openings，and many other planes and vertical irregularities. Features：Reasonable layout of vertical members，local reinforcement of the floor，ETABS software for construction simulation analysis，YJK software for floor stress analysis，ANSYS software for buckling stability analysis of the column，and detailed analysis of the difficulties of the project Analysis can provide design references for related projects.
【Keywords】：Large area opening；buckling stability；tower offset 1：工程概况
上海市松江国际生态商务区3-2号地块，项目总建筑面积73263.8平方米，其中地上建筑面 积38607.8平方米（含配套商业约3500平方米），地下建筑面积34656平方米（两个地块地下总建筑面积62000平方米），由1#楼（生态办公及配套商业）、2#楼（创意办公及配套商业）及地下室组成，两个地块地下室均为地下2层，且连为整体，各楼均位于该整体地下室之上。地下室一层为非机动车车库，地下二层为机动车库，人防及设备用房。结构设计使用年限为50年，安全等级为二级，抗震设防类别为标准设防类别。
本工程抗震设防烈度为7度（0.1g），场地类别为Ⅳ类，设计地震分组为第二组，特征周期为；风荷载基本风压值为，地面粗糙度类别为B类，本工程已于2018年6月通过上海市工程抗震办抗震设防专项审查，10月通过结构施工图审查，目前处于工程施工阶段。1 2：结构体系及主要技术难题 2.1结构体系
本工程采用屈曲约束支撑-钢框架结构体系，结构总高42.000m，地面以上9层，底层层高为5.500m，第2层层高为4.500m，3F层高为3.100m，4层为
4.900m，5层高6.000m，6层为5.0m，7层为6.000m，8层4.500m（小塔楼），9层2.500m（小塔楼）。平面尺寸为75.4m×39.2m，其中7层为桁架层，跨度为44m，建筑剖面及结构计算模型如下图所示： 结构计算分析模型
2.2超限情况与抗震性能目标
在初步选定支撑方案后，经过结构整体分析，本工程存在以下几个技术难点： 结构高度为42.000m，根据《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》 [沪建管（2014）954号]的规定不属于高度超限高层建筑工程，主要由于平面不规则需进行抗震专项审查
一般不规则超限
特别不规则超限
结构性能指标
3：结构计算分析 3.1竖向收进
本工程4层为屋顶花园区域，5-9层为靠南侧的偏置层，X向地震情况下，结构存在较大的扭转，Y向地震下，4层与5层交界处楼板存在很大的面内应力。 处理措施：弱化北侧的侧向刚度，钢柱采用600×600×25的箱型柱截面。加强南侧塔楼部分的抗侧刚度，将约束屈曲支撑设置在南侧，加强南侧箱型柱截面。四层加厚至150mm，板最小配筋率按0.25%设置，必要时在钢梁上翼缘处设置水平支撑，保证水平地震力的传递。 3.2跃层柱
结构中存在跃层柱，在设计中长细比已超过规范限制要求，但柱子本身轴压比较低。因此对柱子进行稳定专项分析，确保长细比过大的柱子失稳不会在整体失稳前发生。设计时对跃层柱弱轴方向顶层梁加大，减小跃层柱绕弱轴的计算长度，为保证跃层柱顶端梁的稳定，在垂直的次梁方向位置处设置隅撑方式顶端钢梁扭转失稳破坏。
采用ansys软件对整体结构进行buckling分析，荷载为1.0恒荷载+1.0活荷载，前五阶屈曲系数见下表。从屈曲系数及屈曲形式可知，柱子不会先于整体失稳。
图3隅撑做法 图4跃层柱对应位置 屈曲系数
3.3计算结果 3.3.1周期与振型
由于本结构跨度大、悬挑多、扭转效应明显，分析中考虑了偶然偏心地震作用。下表给出了YJK和 ETABS计算得到的结构部分自振周期及振型质量参与系数。图9.2为结构三个主要振型振型图。从图表中可看出： 1）两种软件计算得到的周期与振型吻合良好；
2）本结构4层以上部分塔楼偏置，结构第一、第三阶为整体平动振型，第二阶为整体扭转振型，前20个振型质量参与质量，X、Y向均超过90%，满足规范要求；
3）周期比均小于规范0.90的限值，满足规范要求。 YJK模态周期与振型质量参与系数
3.3.2 楼层剪重比
结构地震作用计算采用考虑扭转耦联的振型分解法，结构嵌固端YJK和
ETABS分析得到的结构地上一层底部剪力如下表所示。两种程序得到的剪力值相差不大，剪重比值相近，均满足规范最小剪重比要求1.6%。 反应谱分析结构基底剪力
3.3.3 楼层位移
多遇地震反应谱分析所得的与结构位移相关的信息如下表及图所示。从图表中可看出，结构层间位移角满足规范要求。考虑偶然偏心的X向规定水平力作用下结构最大位移比为1.21，出现部位在7层，Y向最大位移比为1.19，出现部位在1层。
最大层间位移比（YJK）
最大层间位移角
层间位移 层间位移角 3.3.4楼层侧向刚度
结构各层抗侧刚度比如下表所示，根据《抗震规范》和《高钢规》，楼层刚度取为楼层剪力与层间位移（角）的比值。若存在侧向刚度相对较小的楼层（软弱层），按照规范要求地震剪力放大1.25倍，构件尺寸在后续设计中仍可做进一步优化。
剪弯刚度（并层计算YJK）
3.3.5楼层受剪承载力
楼层受剪承载力比（YJK并层）
由表可知，本工程X向6层为0.65小于0.8，Y向均满足规范要求，因此本单体并层后5层薄弱层。 4：弹性时程分析
采用YJK进行多遇地震作用下的弹性时程分析，作为多遇地震反应谱计算的补充。分析选用上海地区的5条天然波和2条人工波，特征周期Tg均为0.90s左右，天然波加速度时程和人工波加速度时程曲线的有效时长均满足结构基本周期的5~10倍且不小于15s的规范要求。对地震波输入采用双向输入，主方向、次方向的峰值加速度按照1：0.85的比例调整。地震加速度时程峰值均取为35gal。 图9.7.1-8为7条地震波的平均反应谱与规范反应谱的对比。从图中可看出，在对应于结构主要振型的周期点上（T1=0.318s，T2=0.279s，T3=0.232s）时程的平均反应谱数值与规范反应谱相近，均不大于20%。 弹性时程分析的基底剪力
楼层剪力统计及调整系数
1、从YJK和ETABS反应谱计算结果来看，其计算结果相差不大，结构动力特性基本吻合，说明计算程序合适，计算结果可靠。分别计算的周期、层间位移角等指标接近，各类指标均在合理范围内，满足现行规范的要求。
2、按照《高钢规》、《抗规》和《上海抗规》要求，各楼层抗侧刚度比均满足要求，本工程不存在软弱层。二层与三层x向抗剪承载力比为0.7，小于0.8，二层判定为薄弱层，楼层地震力需放大1.25倍。
3、弹性时程分析结果显示，结构的位移反应均符合现行规范的要求，时程分析所得的楼层剪力平均值均小于反应谱法的计算结果，因此不需要对反应谱法地震剪力进行放大。
5：屋顶桁架施工模型分析
本工程屋顶桁架部分施工次序为整体吊装，分别为结构的第6，7层连廊部分，桁架上下层为整体受力方案。
整体EATABS模型
CS-8连廊两侧施工模拟
CS-9 连廊施工阶段
经上述施工措施后，桁架内力及变形（准永久荷载）如下：
施工模拟桁架轴力图（下弦最大拉力5091 kN，上弦最大压力3180kN，腹杆最大拉力8340kN，腹杆最大压力5960 kN）
施工模拟桁架弯矩图（最大弯矩2470 kN.m）
考虑施工模拟后的桁架内力与YJK相比略小，误差在10%以内。 6：楼板加强措施
一般楼层：楼板开大洞处，在设防烈度地震作用下进行楼板应力分析，找出应力集中区域，针对这些区域采取增加板厚、增大配筋等措施，要求楼板钢筋中震不屈服。
屋顶桁架层上下层楼板，在罕遇地震下，楼板钢筋应力不大于钢筋抗拉强度标准值。
8F x向主应力
8F y向主应力
由以上分析结果可知，在中震作用下除约束屈曲支撑周边个别极值点以外，楼板应力较大处的应力水平在2MPa左右，楼板厚度120mm 考虑1m板带产生的地震力设计值
（其中γEQ为地震荷载的分项系数，σEt为地震作用下楼板应力） 该拉力由楼板上、下层钢筋共同承担，则单层所需钢筋面积：
竖向荷载作用下楼板配筋面积为408mm2，故共需配筋面积，
因此对附加应力较大的楼板可实配14@150，As=1026mm2＞961mm2。洞口、结构转角及细腰处存在较大应力集中，洞口和结构转角处较大应力区域可以考虑在施工图设计时局部增设楼板钢筋解决。
局部增设楼板钢筋做法 7：结论
（1）对于屋顶连体结构，在两侧塔楼刚度相对于连接较弱的情况下，可设置强连接形式，结构包含多层楼盖，可使连接体结构刚度足够，能实现将主体结构连接成为整体协调受力，变形的连接形式。
（2）对于塔楼偏置情况，需通过合理设置抗侧力构件，必要时可设置BRB约束屈曲支撑，提高结构的抗扭性能。
（3）连接体桁架部分上下弦受力中，轴力的影响某些时候大于弯矩的影响，
相应的对弦梁抗剪产生了高要求。
（4）局部大开洞楼板结构产生的跃层柱部分，在考虑楼层抗剪刚度时，不应记录无楼板部分抗侧力构件的抗剪刚度，必要时对大开洞楼层需进行并层处理。 参考文献：
[1] 建筑抗震设计规范：GB 50011-2010（2016版）．北京：中国建筑工业出版社，2016
[2] 高层民用建筑钢结构技术规范：JGJ99-2015．北京：中国建筑工业出版社，2015
[3] 钢结构设计标准：GB50017-2017．北京：中国建筑工业出版社，2017 [4] 建筑抗震设计规程：DGJ08-9-2013．上海：2013
作者介绍：熊智文，硕士，工程师，Email：xiongzhiwen@scdri.com
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