廣州某超高層住宅結構分析與設計

譚劍鋒

（廣東省建筑設計研究院 廣東廣州 510010）

1 工程概況

工程位于廣州市越秀區，地上建筑面積為19233m2，地下建筑面積2087m2，作為帶底部商業的超高層住宅，首層為商業裙房，2～41層為塔樓，地下1層，主要用于設備用房及停車，結構體系為剪力墻結構，厚度由底部350mm向上逐步收至200mm。建筑高度為123.95m，高寬比6.2，按照《高規》規定，剪力墻結構7度A級高度鋼筋混凝土建筑適用的最大高度為120m，B級高度鋼筋混凝土建筑適用的最大高度為150m，本工程屬B級高度超限高層建筑。

本工程設計基準期為50年，結構的設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，建筑耐火等級為一級。

2 結構整體計算

2.1 彈性階段計算分析

采用SATWE計算，并與YJK進行對比，模型共42個結構層，建筑首層存在錯層不適合作為上部結構的嵌固端，且上下層剛度比不滿足作為上部結構嵌固端要求，故嵌固端下放至地下室底板。模型1層為地下室底板，模型2層為結構首層梁板，以下所示層號為模型結構層層號。

以水平力與整體坐標夾角為0°時，剛性樓板假定的計算結果為例，主要結果如表1。

表1

結合《高規》及《抗規》的要求，可以得出結論：

（1）第一扭轉周期與第一平動周期之比小于0.85，滿足規范要求。

（2）有效質量系數大于90%，所取振型數足夠。

（3）在風荷載及地震作用下，層間位移角均滿足規范要求。

（4）X、Y方向結構剪重比均滿足規范要求。

（5）首層剪重比不滿足《高規》第4.3.12條，根據規范要求將所有樓層的樓層剪力乘以1.074的增大系數，調整后首層X、Y方向剪重比均滿足《抗規》第5.2.5條要求。

（6）按《高規》4.4.2條：抗震設計的高層建筑結構，其樓層的側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%，或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%，滿足側向剛度規則性要求。

（7）結構的剛重比大于1.4，滿足《高規》（5.4.4）整體結構的穩定驗算。

2.2 彈性時程分析

本工程需采用彈性時程分析程序對建筑物在多遇地震作用進行補充驗算。在《場地安評報告》中選取五條天然波和兩條人工波。分析時按Ⅶ度地震Ⅱ類土，超越概率為63.2%，地震動峰值加速度為37.57cm/s2，αmax=0.086，阻尼比為0.05。以塔樓水平力與整體坐標夾角為0°時計算結果為例，計算結果如表2。

表2 基底最大總剪力及最大層間位移角

（1）時程分析結果滿足平均底部剪力不小于振型分解反應譜法結果的80%，每條地震波底部剪力不小于反應譜法結果的65%的條件。

（2）施工圖階段，結構地震作用采用時程法計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值進行包絡。

2.3 中震驗算

中震作用下，采用YJK對結構構件的承載力進行結構構件性能計算分析。

表3 計算結果

2.4 靜力彈塑性分析

參數設置：

（1）阻尼比：彈性初始阻尼比0.05，附加阻力折減系數0.7。

（2）場地特征周期：計算罕遇地震作用時增加0.05s，取值0.40s。

表4 簡要結果

結論：罕遇地震作用下，在性能點處，各方向最大層間彈塑性位移角均小于剪力墻結構層間彈塑性位移角限值1/120，符合《高規》規定，建筑物可以實現“大震不倒”的抗震設防目標。

3 加強構造措施

剪力墻是主要抗側力構件，應提高關鍵部位墻肢的延性，使結構抗側剛度和延性更好地匹配，有效地協同抗震。

3.1 針對高度超限

（1）加強頂部兩層及屋面突出物豎向構件的延性，對底部豎向構件控制軸壓比不超過0.50。

（2）墻身豎向分布筋配筋底部加強部位最小配筋率0.30%。

（3）小墻肢約束邊緣構件配筋率提高至1.60%。

3.2 針對扭轉不規則

（1）裙房主要樓板厚度h=120mm；塔樓角部板厚度h=120mm，鋼筋雙層雙向拉通，配筋率0.25%。

（2）塔樓外圍剪力墻墻身水平分布筋配筋率0.30%，邊梁兩側抗扭腰筋的總面積配筋率不小于0.3%。3.3針對平面凹凸不規則

（1）計算模型全樓采用彈性樓板，考慮平面凹凸不規則給樓板造成的剛度削弱影響；

（2）在平面凹凸不規則位置，全樓設置連接梁，連接梁支座上部縱筋不少于50%沿梁全長貫通。

4 結語

在抗震設計中，采用SATWE及YJK程序對結構進行了彈性及彈塑性計算分析，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。結果表明，各項指標表現良好，滿足規范的有關要求。根據計算結果，對關鍵和重要構件作了適當加強，以保證其在地震作用下的延性，提高安全度。

[1《]建筑抗震設計規范》（GB50011－2010）.

[2《]高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3－2010）.

[3《]建筑結構荷載規范》（GB50009－2012）.