某超限住宅項目建筑結構設計

劉慶剛

一、工程概況

項目位于廣州市海珠區，為A、B、C、D四棟超高層住宅以及地下室，本文主要介紹D棟。

D棟結構采用部分框支混凝土剪力墻結構體系：六層與十五層樓面采用型鋼混凝土框架托墻轉換；上部為剪力墻結構。148.1米，共44層；地下6層。塔樓基礎采用墻下條形基礎，局部采用筏板基礎，以微風化巖為持力層。

二、結構設計

1.場地條件

場區的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為II類。

建筑物室外地坪標高±0.00為13.00m，室外地坪絕對標高為11.30～12.60m，抗浮設防水位標高可按室外地坪標高最高處12.60米考慮。

2.設計參數

結構設計基準期50年，結構設計使用年限50年，安全等級二級，抗震設防類別為標準設防類（丙類），基礎設計等級為甲級。

3.荷載條件

風荷載：重現期為50年的基本風壓Wo=0.50kN/m2。本工程抗震設防烈度為7度（0.10g），場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第一組。

4.計算軟件

YJK2.0.1用于小震整體結構分析、小震彈性時程分析及中震性能水準與大震性能水準分析；

ETABS 2018用于小震對比分析；

PKPM/EPDA&PUSH用于靜力彈塑性分析；

SAUSAGE用于大震動力彈塑性分析。

三、超限情況及性能目標

部分框支剪力墻結構《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》7度區高度限值100m，房屋高度148.1m，為超B級高度高層建筑。

扭轉不規則，D棟：結構最大位移比為1.29（6層）。

構件間斷，D棟：6層與15層樓面存在局部托墻轉換

高位轉換，D棟：項目位于7度區，在6層與15層樓面轉換，超限。

本工程取抗震性能目標為C級。C級性能目標結構必須滿足下表性能水準。對于框支框架（框支柱與框支梁）等關鍵構件，抗震性能目標提高至B級。

四、計算結果分析

1.小震計算結果對比

?

2.小震彈性時程結果

?

3.小震計算結果分析

彈性計算分析結果表明，本工程的周期比、層間位移角、剛度指標和抗剪承載力等整體指標滿足規范要求。并且本工程計算的各工況中，彈性層間位移角符合規范的有關要求。

本工程采用 Etabs、YJK兩個程序進行彈性計算的結果是可信的，未出現原則性沖突或矛盾的結果，說明結構體系、結構布置與構件尺寸基本合理。

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.5.3條規定，B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應小于其相鄰上一層受剪承載力的65%。計算結果表明，本工程滿足規范的有關要求。

根據彈性動力時程分析的主要計算結果，與振型分解反應譜法的計算結果兩者取包絡設計。

計算結果表明，在多遇地震（小震）作用下，所有豎向構件、連梁及框架梁全部保持彈性。全部構件的抗震承載力、各項水平位移限值和舒適度滿足規范有關要求。結構一般不受損傷或不需修理可繼續使用。結構在多遇地震（小震）作用下能達到預期的性能目標。

剪重比不滿足規范要求的樓層，根據規范對地震力進行放大。

4.中震計算結果

通過中震分析對結構進行性能化設計，首先嚴格保證各構件截面（剪壓比）滿足要求，關鍵構件及普通豎向構件采用包絡配筋設計，對耗能構件的箍筋也采用包絡配筋設計。耗能構件的縱筋二者相差太大的構件，適當提高縱筋配筋率，以減小中震的損傷程度，滿足“中震可修”的要求。通過上述中震與小震的計算結果包絡設計，可以滿足中震下的性能目標。

5.大震剪壓比計算結果

關鍵構件剪壓比需滿足規范要求。

6.動力彈塑性結果分析

結構剪力墻的受壓損傷主要集中墻的底部，多為無損傷或輕微損傷。梁的受壓損傷集中剪力墻之間的梁，較多中等至重度損傷；剪力墻中上部及框支柱等豎向構件無受壓損傷發生。

結構受拉損傷在結構各部位都有發生，從受拉損傷云圖上看剪力墻的破壞主要集中于底部剪力墻，特別是轉換層樓面以及框支梁，為輕微至輕度損傷，無中度及以上損傷。梁受拉損傷較為嚴重，并且沿全樓分布。部分耗能構件損壞嚴重。

通過對結構大震損傷分布情況的分析，可以發現結構滿足大震下“關鍵構件輕度損壞，普通豎向構件部分中度損壞，耗能構件中度損壞、部分構件損壞比較嚴重”的損傷性能目標。

五、抗震加強措施

為加強底部加強區范圍剪力墻延性，嚴格控制軸壓比小于0.45。底部加強區剪力墻豎向分布筋配筋率及水平分布筋配筋率比規范要求提高0.05%至0.45%。

為確保豎向構件延性，同時滿足建筑圖對豎向構件截面的要求，框支框架采用型鋼-混凝土構件。

根據靜力推覆以及動力彈塑性的分析結果，對結構中塑性狀態程度較深的框架梁，將考慮適當加大截面、提高配筋率，以提高其承載力，防止這些部位發生較大的破壞。

為使外圍結構的地震作用力有效地傳遞到剛度較大的電梯井以及樓梯井剪力墻上，對電梯井、樓梯井及其周邊樓板進行加厚，并且拉通相關范圍樓板鋼筋，配筋率不小于0.25%。并且對于塔樓樓板補充地震作用下的樓板應力分析并對薄弱部位加強配筋。

首層至十六層底部加強部位為特一級，框支框架為特一級。

中震時雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產生的平均名義拉應力超過混凝土抗拉強度標準值時，剪力墻邊緣構件內設置型鋼以承擔拉力。

根據動力彈塑性的分析結果，對結構中塑性狀態程度較深的豎向構件，將考慮適當加大截面、提高配筋率，以提高其承載力，防止這些部位發生較大的破壞。

地下室頂板采用梁板結構，樓板板厚為180mm，采用雙層雙向配筋，且每個方向的配筋率不小于0.25%。

非承重墻體采用輕質墻體材料。砌體墻的構造措施：應采用措施（如柔性連接）減少對結構體系的不利影響；設置拉結鋼筋、水平系梁、圈梁、構造柱等，一方面加強自身的穩定性，同時加強與結構體系的可靠拉結。

六、結論

通過基于性能的抗震分析，可以證明本工程滿足國家相關規范，可以實現預期的性能目標，本工程抗震性能達到性能目標C級（框支框架B級）要求。通過基于性能的抗震設計，可以證明本結構的抗震性能相對規范的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的要求略有提高，滿足結構抗震安全性要求。