荔港南灣13、14棟超高結構設計

【摘要】荔港南灣（南區）地塊項目的結構高度為超B級高度的超限高層住宅建筑，采用部分框支剪力墻結構，使用SATWE和廣廈兩個不同力學模型的空間結構分析程序計算，使用PKPM的Pushover進行推覆分析。

【關鍵詞】超高結構；Pushover分析

1 工程概況

本項目地塊位于廣州市荔灣區南岸路以西、荔港南灣（南區）地塊。13、14棟位于地塊的中部，西側為臨江規劃路，東側為規劃路，北側為110kV荔港南灣變電站，南側為小區內住宅用地。13、14棟總建筑面積126210平方米，其中計算容積率建筑面積92907平方米，地上部分建筑面積94567平方米，地下部分建筑面積31644平方米。本期工程共包括13、14棟共2棟52層高層純住宅，設2層地下車庫，建筑總高度均為187.50米，局部布置1層公建配套，小區內首層設綠化架空層及住戶大堂，高寬比分別為7.9、6.52。

2 結構布置和選型

本工程13、14棟根據標準層為高檔住宅的特點，考慮采用部分框支剪力墻結構體系。剪力墻作雙向布置，單體中部設置核心筒。為了不影響首層的架空層及地下室車道，把部分的剪力墻在地面以上第1結構層頂部進行轉換，核心筒直接落地。

3 超限情況

2棟建筑的結構特點主要表現在：a）采用框支剪力墻結構，結構高度超過了《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）要求的B級高度；b）豎向構件不連續，部分的剪力墻在地面以上第1結構層頂部進行轉換。

4 針對超限情況進行的分析驗算和采取的加強措施

1）分別采用SATWE和廣廈兩個不同的力學模型的空間結構分析程序計算，對2種程序的計算結果加以判斷，然后用于構件設計。

2）選取《地震安全性評價報告》所提供的2組場地人工地震波和5組實際地震記錄波對結構作小震作用下的彈性時程分析，取其平均值與CQC法兩者間的大者用于將結構構件設計。

3）采用PKPM軟件按安評報告輸入的地震反應譜曲線計算所得的地震作用基底剪力與按規范的地震反應譜曲線計算所得的數值比較，結果表明：在小震作用下， 安評報告均大于規范值，因此在進行小震彈性計算時按安評報告參數計算。

4）適量加強落地剪力墻和框支框架的配筋。

5）采用抗震性能化設計，根據實際需要，針對整個結構、結構的局部部位或關鍵部位、結構的關鍵部件、重要構件、次要構件采取不同的性能目標。中震不屈服驗算和大震靜力彈塑性分析均采用PKPM系列軟件進行了計算。

6）在設防烈度下，對于出現整體受拉的剪力墻肢，采用在墻肢內部增加型鋼或鋼筋的方法，計算時，用型鋼或鋼筋抵抗所有拉力；在設防烈度下，對部分受剪較大的轉換梁或連梁采用配置抗剪鋼板的措施。

5 超限分析主要的荷載作用

5.1地震作用

根據現行規范以及廣東省地震工程勘測中心的《廣州荔港南灣第四組團：荔港南灣（南區）二期12～14棟工程場地地震安全性評價報告》，本工程結構進行地震作用分析時，采用的相關參數如下：設防烈度7度，地震加速度0.1g，設防類別丙類，場地類別II類。

5.2 安評報告的地震反應譜曲線與抗震規范的相應比較

《廣州荔港南灣第四組團：荔港南灣（南區）二期12～14棟工程場地地震安全性評價報告》提供的場地地面設計地震動參數與抗震規范的相應參數進行比較，從中能判斷出在6秒內安評報告的曲線能包絡規范的反應譜曲線。為進一步的分析比較，使用pkpm軟件，直接輸入地震反應譜，將按安評報告輸入的地震反應譜曲線計算所得的地震作用基底剪力與按規范的地震反應譜曲線計算所得的數值進行比較，結果表明，小震作用下，按規范反應譜計算的基底剪力比按安評報告的地震反應譜曲線計算的基底剪力小，因此小震作用按照安評報告的地震反應譜曲線進行計算。中震、大震的地震動參數根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的規定按規范提供的數值取用。

5.3 風荷載

在計算風荷作用下結構水平位移時，基本風壓值Wo=0.50kN/m2（n=50年），在計算風荷作用下結構構件強度時，基本風壓值Wo=0.55kN/m2（1.1倍），地面粗糙度C類，建筑體形系數μs=1.40。計算舒適度時，基本風壓取10年一遇的風荷載標準值，Wo=0.30kN/m2。

6抗震性能化設計

根據本工程抗震設防的類別、設防烈度、結構類型、超限情況及不規則性，按照《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.11節的有關內容，設定本結構的抗震性能目標為性能C。其中層間位移角的限值參照《抗規》的有關規定選用。

不同地震水準下的計算分析：

1）小震：目標為第1性能水準，采用SATWE程序按規范的方法進行計算和設計，其結果滿足現行規范標準的有關規定，則能保證結構在多遇地震作用下“完好、無損壞”的性能目標。

2）中震：目標設為第3性能水準，采用SATWE程序進行模似分析，不考慮與抗震等級相關的放大系數。

3）大震：目標為第4性能水準，采用PKPM進行靜力彈塑性分析（Pushover），不考慮與抗震等級有關的增大系數。

6.1小震及風作用下的彈性分析

6.1.1 計算軟件

本工程采用SATWE對主體結構進行小震及風作用下的彈性整體計算分析，并用廣廈軟件進行校核對比分析。

6.1.2 基本假定及主要參數取值

1）考慮了平扭耦聯計算結構的扭轉效應。控制振型數使振型參與質量不小于總質量的95%。

2）計算層間位移、層側向剛度比和位移比時，采用剛性樓板的假定。

3）主要參數取值如下：考慮偶然偏心；周期折減系數取0.90；中梁剛度增大系數取2.0，連梁剛度折減系數0.8。

6.1.3 小震彈性分析結果

6.1.4 小震彈性動力時程分析的結果

根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010的要求，采用時程分析方法進行多遇地震補充驗算，按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于5組實際地震記錄和2組人工模擬的加速度時程曲線。

彈性動力時程分析時分別采用地震安評報告中所提供的2條多遇地震人工波（user6、user7）以及5條Ⅱ類場地的實際記錄地震波（user1、user3、user11、user12、user13），選取7條波的特征周期為0.35s，7條波平均的底部剪力不小于振型分解反應譜法的結果80%，每條地震波的底部剪力不小于反應譜法的結果65%。分析的結果表明，在多遇地震作用下，在下部大部分樓層CQC法的結果大于7條波時程分析結果的平均值，在進行施工圖設計時，按CQC法的計算結果進行配筋設計；在上部局部樓層，CQC法的結果略小于7條波時程分析結果的平均值，在進行施工圖設計時，對上部局部樓層采取放大地震作用力系數的方法進行構件設計。

6.1.5 頂點順風和橫風最大加速度驗算

本工程結構高度為187.5m（>150m），根據《高層建筑混凝土結構技術規程》及《高層民用建筑鋼結構技術規程》計算本工程頂點順風和橫風最大加速度（表16）。迎風面分別按X、Y方向計算，取最不利計算風方向角與Y軸夾角為零度。

由驗算可知，本工程頂點順風向和橫風最大加速度為0.135m/s2 ，均小于0.15m/s2，符合《高層建筑混凝土結構技術規程》3.7.6的要求，滿足舒適度要求。

6.1.6 小震及風作用下的彈性分析結果小結

以上考慮小震組合的彈性計算分析結果表明，本工程各項整體指標均能滿足相關規范的有關要求或未超出規范規定的最大限值；墻柱的軸壓比和各構件的強度及變形也均能滿足規范的要求，能達到小震作用下“完好無損壞、變形小于彈性位移限值”的第一階段的抗震性能目標。

6.2 中震分析

中震驗算時，按規范反應譜曲線輸入計算模型，連梁剛度折減系數取0.5，結構阻尼比取0.05中震驗算結果表明，標準層除部分連梁出現受彎屈服耗能外，其它豎向構件及主要框架梁承載力按標準值復核均滿足要求。故本工程能達到轉換構件剪力墻加強部位、標準層豎向構件及主要框架梁僅輕微損壞，除部分較短連梁出現受彎屈服、受剪不屈服外，大部分抗震構件均能達到不屈服的抗震性能目標。中震作用下的最大層間位移角為1/314，表明各塔樓變形小于3倍彈性位移限值，整體結構變形滿足抗震性能目標要求；

6.3 罕遇地震作用下靜力彈塑性（Pushover）分析及結構抗震性能評價

對結構進行罕遇地震作用下的靜力彈塑性（Pushover）分析，是在基于性能的抗震設計方法中，以量化的計算結果來評價結構在大震作用下是否滿足 “中度損壞，變形不大于0.9倍塑性變形限值”的抗震性能目標的具體實現手段之一。

6.3.1 使用的程序和計算模型

本工程采用PKPM的Pushover進行推覆分析。

6.3.2 PKPM的Pushover分析

1）計算假定

本工程為簡化模型，節省計算時間，模型中采用了剛性樓板假定，這一模型已能滿足計算精度要求。

2）加載順序

豎向與水平荷載分三步施加于結構上，如下所述：第一步：施加重力荷載，荷載取值為重力荷載代表值；第二步：維護第一步所施加的重力荷載不變。水平作用力值從零開始逐步增加，每次增加一個小的增量。隨著非線性靜力分析的進行，監視屋頂在水平作用力方向的水平位移。當屋頂水平位移超過預見的水平水移值時（本工程取值大震位移），非線性靜力分析在人工干預下結束。

3） Pushover分析結果

結構的安全評估將從結構整體性能和構件塑性變形程度兩個方面來考察。整體性能的情況通過彈塑性層間位移角、剪重比、結構頂部位移、底部剪力、結構塑性發展的過程及塑性發展的區域來評估。構件則通過構件的塑性發展程度來評估。性能控制點處結構的內力和變形數據見下表，這里僅列出13棟的分析結果。

據上推斷，在罕遇地震作用下，結構的抗震性能滿足“中度損壞，變形不大于0.9倍塑性變形限值”的抗震設計目標；框架梁個別出現受彎破壞，受剪不破壞，連梁部分出現受彎破壞，受剪不破壞，剪力墻個別出現底部受彎破壞，受剪不破壞。

7 結論

分析結果表明：在小震作用下本結構的周期比、側向剛度、規則性及位移比等指標滿足現行規范的有關要求，能達到“小震完好”的性能目標；中震作用下能實現“重要和一般構件不屈服，僅耗能連梁少量屈服”抗震的性能目標；大震作用下能實現“不嚴重破壞” 的抗震性能目標，因此可以期望本工程的結構體系在遭遇地震作用時，結構整體能達到性能C的抗震設防目標。

參考文獻

[1]JGJ3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》[S].北京：中國建筑工業出版社，2011

[2]傅學怡《實用高層建筑結構設計》北京：中國建筑工業出版社，2010