超限高層建筑結構設計實例

何建榮

摘要：本文主要通過對廣州某超限高層建筑的基礎選型、結構布置、結構計算分析、構造措施等來論述。

關鍵詞：超限高層建筑；結構；抗震計算分析

中圖分類號：TU973.31 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0079—02

1工程概況

本項目位于廣州大道西側，寺右南二街與寺右南二巷交匯處東北角，總建筑面積約6.55萬m²，其中地上46層，地下4層，地面以上高度為175.1m。塔樓采用首層轉換的部分框支一剪.力墻結構體系；建筑物抗震設防烈度7度（0.10g），Ⅱ類場地，抗震設防類別為丙類，抗震性能目標為C級。本工程的設計基準期為50年，結構的設計使用年限為50年。本工程建筑結構安全等級為二級，地基基礎的設計等級為甲級。

2結構的超限類型和程度

根據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（2015年版）、《廣東省超限層筑工程抗震專項審查實施細則》（2016年版），工程的超限情況如下：結構類型符合現行規范的適用范圍，高度超過“廣東省超限審查細則表一”規定限值，屬于超B級高度；存在“廣東省超限審查細則表二”所列不規則項的“扭轉不規則、樓板不連續、豎向構件不連續”等2.5項不規則，不規則項小于3項，不超限；存在“廣東省超限審查細則表四”所列不規則項0項。綜上所述：該項目屬于超B級高度的超限高層建筑。

3結構布置

根據建筑物的總高度、抗震設防烈度、建筑的用途等情況，部分結構豎向構件不能上下貫通，本工程采用部分框支剪力墻體系，在二層樓面進行轉換，由此保證上部剪力墻能符合住宅戶型布置，同時兼顧下部裙樓、地下室的商業及停車場功能設置。轉換層布置圖如下圖1所示：

圖l轉換層結構布置平面圖

本項目設有四層地下室，根據建筑功能使用、防水要求，地下室不設縫；在塔樓區域南北兩側各設置一條沉降后澆帶，并在塔樓范圍外，東西側各增設一條后澆帶，同時擬采取相應的構造措施和施工措施，以減少由于混凝土后期收縮及溫度效應引起的混凝土構件可見裂縫的產生。

4結構計算分析

由于本工程為超限高層建筑，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》第5.1.12條規定，將采用兩個不同力學模型的空間分析程序進行計算分析，選用北京盈建科軟件有限責任公司編制的YJK軟件（1.8版）和北京邁達斯有限公司編制的建筑結構設計軟件MIDASBUILDING（2014版）。塔樓主要計算結果

根據上述計算結果，結合《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2010）的要求及結構抗震概念設計理論，根據模型的計算分析可以得出如下結論：（1）第一扭轉周期與第一平動周期比小于0.85，滿足《高規》3.4.5條要求。（2）X方向剪重比有13層，Y方向剪重比有1層不滿足《高規》第4.3.12條要求，需要進行剪力調整。（3）有效質量系數大于90%，所取振型數足夠。（4）在風荷載和地震作用下，所有樓層層間位移角均小于規定限值1/533。（5）在偶然偏心地震荷載作用下，按規定水平力算得的最大扭轉位移小于1.30，不屬于扭轉不規則結構。（6）結構側向剛度比滿足《高規》3.5.2-1條：框架結構，樓層與相鄰上層側向剛度比值均大于90%；對結構底部嵌固層，該比值不小于150%。（7）樓層層間抗側力結構的受剪承載力，所有樓層均大于其上一層受剪承載力的75%，滿足《高規》第3.5.3條樓層承載力均勻性要求。（8）結構剛重比D/（G/h）大于1.4，小于2.7，能夠通過《高規》第5.4.4條的整體穩定驗算，但需考慮重力二階效應的影響。（9）整體結構的舒適度驗算滿足《高規》3.7.6關于結構頂點最大加速度限值的要求。（10）墻、柱的軸壓比均符合《高規》第6.4.2條的要求。

由于YJK、MIDAS軟件的墻體的豎向剖分、彈性板單元剖分及其參與計算等方面不同，使得它們計算的樓層剛度有一定的差別，此外，兩個軟件關于傾覆彎矩的計算方法的不一致，也會使得傾覆彎矩的計算結果有較大差異，總體而言，計算結果基本接近，計算模型比較符合結構的實際工作狀況。

5計算措施

本項目分別采用多個空間結構分析程序YJK、MIDASBUILDING等進行計算對比，驗算時考慮扭轉耦聯、偶然偏心和雙向地震的影響；按規范要求，選用2組天然地震波和1組場地人工波，對結構作彈性時程分析，并將結果與反應譜分析結果相比較。對關鍵構件框支框架和底部加強區剪力墻進行中震及大震驗算，了解其抗震性能，并采取相應加強措施。采用MIDASGEN軟件對結構進行溫度內力分析，樓板應力分析；并采用XTRACT軟件進行構件截面承載力驗算。采用ABAQUS軟件對關鍵節點進行了有限元分析。針對超限情況，對結構進行罕遇地震下的彈塑性分析，以確定結構能否滿足第二階段抗震設防水準要求，并對薄弱構件制定相應的加強措施。

6構造措施

本工程屬于超B級高度的高層建筑，框支柱和剪力墻是主要的抗側力構件，設計中通過提高框支框架及底部剪力墻墻肢的延性，使抗側剛度和結構延性更好地匹配，達到有效地協同抗震。（1）對于剪力墻，其底部加強區滿足“中震抗彎彈性、抗剪彈性，大震抗彎抗剪不屈服”的要求，設計時按特一級抗震等級要求，并參考設防烈度地震下計算結果配置剪力墻豎向鋼筋，通過提高約束邊緣構件的配筋率（大于1.6%）、底部加強區剪力墻豎向分布筋配筋率（大于0.6%）等措施提高第一道防線的承載能力。同時底部加強區剪力墻軸壓比限值按0.4控制。（2）框支框架按“中震抗彎彈性、抗剪彈性”進行性能設計，設計時按特一級抗震等級要求，另外，框支柱、框支梁內置型鋼，增加結構延性，其中根據節點有限元分析，將懸挑轉換梁的型鋼鋼號提高到0390。同時框支柱軸壓比限值按0.5控制。（3）首層部分剪力較大以及出現拉力的墻體采用鋼板剪力墻，墻柱縱筋采用機械連接。

2考慮橫風效應的影響，風荷載承載力計算時，風壓在1.1倍的基礎上在放大1.05倍即按0.58kN/m²采用。加強一字形剪力墻暗柱配筋，適當增加10%～15%。本工程存在樓板不連續的不規則情況，故對樓板進行彈性樓板應力分析，并根據計算結果對樓板邊緣、開洞轉角等應力集中的地方進行加強。

7結論

綜上所述，本工程是超B級高度建筑物，在設計中充分利用概念設計方法，對關鍵構件設定抗震性能化目標。并在抗震設計中，采用多種程序對結構進行了彈性、彈塑性計算分析，除保證結構在小震下完全處于彈性工作外，還補充了關鍵構件在中震和大震下的驗算。計算結果表明，各項指標均表現良好，基本滿足規范的有關要求。根據計算分析結果和概念設計方法，對關鍵和重要構件作了適當加強，以保證在地震作用下的延性。結構是可行且安全的。