某高層建筑規則性超限設計分析

韓曉飛

（上海天華建筑設計有限公司合肥分公司，安徽合肥 230091）

建筑行業的快速發展和人們對美好建筑的訴求，產生了很多體型復雜的建筑，這一類建筑物高度不高，但體型復雜會帶來更多的平面不規則和豎向不規則，需要結構通過詳細計算分析來實現。本文通過一個具體案例來說明其中結構設計注意的內容。

1 工程案例闡述

合肥某商業樓項目位于合肥市城市核心區，項目總建筑面積134634m2，地上建筑面積80565m2，地下建筑面積53797m2。地上由一棟高層公寓樓（約22000m2）和一棟商業樓（約58565m2）組成，高層公寓樓和商業樓之間設抗震縫斷開。商業樓為高層建筑，地上 7 層，局部 10 層，1～10 層層高分別為 6m、5.5m、5.5m、5.4m、5.4m、5.4m、5.4m、3.6m、5.4m、3.6m，總高度 51.3m?；炷林鶆虿贾?，標準跨柱網8.4m×8.4m，在個別區域和7～10 層影院區域抽柱出現較大跨柱距；混凝土墻均勻布置，主要設置在樓梯和電梯間；樓蓋采用普通鋼筋混凝土梁板體系。合肥地區抗震設防烈度為Ⅶ度（0.10g），本項目所在場地類別為Ⅱ類，屬于對抗震一般地段，第一組。

該商業樓采用框架剪力墻結構體系。在二層商業和八、十電影院層樓板有效寬度為22%～17%；八、十電影院層樓板開洞面積達到67%；在八層平面尺寸突然收進，收進尺寸為相應邊長的31.5%；在八、九、十電影院層出現較多的穿層柱。綜上所述，本工程不規則項目較多，屬于規則性超限的高層建筑工程[1]。

2 多遇地震作用下的反應譜分析

本工程采用STAWE 進行計算，并采用了midas Building 結構分析設計軟件進行補充計算，計算結果較為接近，分析對比結果詳如表 1、表 2、表 3、表 4 所示。

表1 STAWE 與 midas Building 質量按樓層分布（t）

表2 結構周期信息

表3 結構位移計算

表4 其他結構指標 單位：%

3 多遇地震作用下的分析

為了準確對彈性分析結果進行驗證，選取兩條人工地震波和5 條天然地震波進行時程分析，發現各條波所得到的層間位移角均在規范要求內，有一些地震波產生的樓層剪力、彎矩略大于反應譜法計算的結果。典型樓層地震力放大系數詳表5，按比例放大相關樓層地震力驗算構件承載力。

表5 地震力放大系數

4 中震抗震性能設計

中震作用下墻體大部分均為受壓，僅在建筑物角部樓梯處三片墻體出現拉應力且拉應力較大。根據超限工程專項審查技術要點，中震時出現小偏心受拉的混凝土構件應采用規范中規定的特一級構造且拉應力宜設置型鋼承擔。本工程在施工圖設計階段，將受拉墻體抗震構造措施按照特一級進行設計。由于三片墻采用型鋼施工較復雜，本工程在特一級基礎上加大剪力墻和暗柱縱向鋼筋以抵抗拉應力。

中震作用下，結構的抗震性能達到了預定目標。底部加強部位的剪力墻和框架柱、穿層柱、高位收進處豎向構件抗剪按小震彈性、中震彈性和大震不屈服設計，配筋取包絡值；抗彎按小震彈性、中震不屈服設計，配筋取包絡值。底部加強部位以上的豎向構件抗剪按小震彈性、中震彈性設計，配筋取包絡值；抗彎按小震彈性、中震不屈服設計，配筋取包絡值?？蚣苤谥姓饛椥?、中震不屈服、大震不屈服作用下計算配筋與小震彈性差別不大，剪力墻和端柱的抗剪和抗彎計算配筋均有較大提高。

5 罕遇地震作用下的靜力彈塑性分析

靜力彈塑性分析是結構罕遇地震狀態下采取的方式，主要是通過結構破損過程和變形能力分析，從而對結構在大震下的安全性能進行驗證。通過得出能力譜曲線和需求譜曲線，兩曲線的交點為性能點，根據性能點確定結構的塑性鉸布置、桿端截面曲率、層間位移及總側移等信息。

本工程出現性能點推覆的步驟在X、Y 向地震下出現框架塑性鉸狀態。X 向開裂占比46.3%、屈服占比19.7%；Y 向開裂占比49.8%、屈服占比17.4%?？蚣茔q屈服在框架柱上很少，主要出現的連梁、一部分框架梁、以及與剪力墻順墻搭的框架梁上。剪力墻的應變等級主要為第1 級彈性狀態，第2～5 級占比很小，第3級為屈服狀態。

結構在設定的目標下仍處在承載能力的上升區段，均屬于能力強化階段，抗震能力較強。結構在性能點的最大層間位移角X向為1/253、Y 向為1/211，均符合規范限值的要求，如圖1、圖2所示。

圖1 X 向靜力彈塑性曲線

圖2 Y 向靜力彈塑性曲線

6 結語

對于規則性超限高層建筑，采用兩種程序進行計算比對，用彈性時程分析法補充計算，中震和大震用性能目標設計方法，取得了很多有價值的成果。以上分析為施工設計奠定了良好的基礎，指導施工圖設計。