廣州某超高層住宅結構設計分析

陳佳琪

（廣州市住宅建筑設計院有限公司）

1 工程概況

陳田村城中村改造融資區項目位于廣州市白云區陳田村，陳田中路以南，規劃橫一路以北，云城東路以東，白云大道以西，凈用地面積約32844m2。本場地擬建建筑為3 棟46 層超高層住宅（編號為B2、B4、B5），1 棟帶有兩層裙房的46 層超高層住宅（編號為B3），1 棟44層超高層住宅（編號為B1），1 棟3 層配套公建（編號為P1），3 層地下室，總建筑面積約213700m2，總平面圖和立面圖，如圖1、圖2 所示。其中B3 棟首層層高為5.2m，標準層及避難層層高為3.15m，天面層標高為147.1m，存在3 項不規則項，本文主要介紹B3 棟的結構超限設計情況。

2 結構設計

2.1 主要設計條件

結構設計的基準期為50 年，抗震設防烈度為7 度(0.10g)，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，建筑抗震設防類別為標準設防類。

基本風壓W0=0.50kN/m2(50 年一遇)，承載力計算時按基本風壓的1.1 倍采用。場地地面粗糙度C 類，體型系數雙向按1.4，考慮風力相互干擾的群體效應，將體系系數放大1.05。

2.2 主體結構設計

B3 塔樓的平面尺寸為37.5m×37.2m，呈十字形，見圖3，采用剪力墻混凝土結構，樓蓋采用現澆鋼筋混凝土梁板體系，上部結構嵌固端為地下室頂板。塔樓基礎采用灌注樁基礎，持力層為微風化灰巖。上部結構剪力墻主要墻厚為200～450，豎向構件混凝土等級從C60～C30 逐漸變化。

2.3 超限情況

根據國家《超限審查技術要點》[1]的規定，對所涉及的結構超限和不規則性做逐條檢查，超限情況如表1 所示。本塔樓屬于超A 級高度，存在扭轉不規則、凹凸不規則和樓板不連續三項不規則。

表1 超限判別

2.4 抗震性能目標

根據《高規》[2]的3.11 節明進行抗震性能評估，本塔樓采用C 級抗震性能目標設計，各類構件的抗震性能目標具體見表2。

表2 各構件結構抗震性能目標

3 主要分析結果

3.1 整體計算指標

考慮平面呈十字型，在地震和風荷載作用下，本塔樓按X、Y 方向及±45°、±135°方向進行包絡計算設計。計算結果表明，結構整體指標為X、Y 兩個方向控制。具體計算結果見表3。

表3 整體分析計算結果對比

綜上分析，在多遇地震和風荷載作用下：

⑴本工程整體計算分析采用了YJK 和SATWE 兩個軟件，各項指標具有一致性和規律性，說明結構分析模型準確。

⑵結構的各項控制指標均在合理范圍之內，計算結果均滿足現行國家（廣東省[3]）規范及規程的要求，表明結構具有合適的剛度和承載力，結構體系選擇合適。

⑶在多遇地震作用下，各項設計控制指標均滿足性能水準1 的抗震性能目標。

3.2 設防烈度地震作用分析

根據性能目標的要求，在設防烈度地震作用下對結構各構件進行驗算，采用YJK 對結構進行中震彈性及中震不屈服計算[4]，計算簡要結果見表4。

表4 中震計算簡要結果

在設防烈度地震作用下，經逐層復核，剪力墻及框架柱的剪壓比均滿足要求，且均未出現超筋情況，剪力墻及框架柱的承載力均滿足抗彎不屈服和抗剪彈性的性能要求；連梁及框架梁的剪壓比均滿足要求，且均未出現抗剪超筋情況，滿足抗剪不屈的性能要求。

在設防烈度地震作用下，考慮雙向水平地震，所有框架柱均未出現拉力，僅底部和頂層區域外側局部較短墻肢出現拉力，且所有墻肢全截面的平均名義拉應力均小于混凝土抗拉強度標準值。

3.3 罕遇地震下動力彈塑性分析

根據性能目標的要求，本項目采用SAUSAGE 軟件對結構進行罕遇地震下動力彈塑性分析來評估結構的變形性能、構件的塑性及損傷情況，發現結構的薄弱部位，并通過設計加強措施來提高結構的承載力和延性。

根據《高規》[2]的4.3.5 條要求，本工程選取1 組人工波和2 組天然波進行動力彈塑性計算，符合條件的地震波時程曲線圖，如圖4、圖5 所示。

3.3.1 主要計算結果

經計算分析，可得到各地震波下的主要計算結果，如表5 所示，層間位移角曲線，如圖6 所示?？芍?，最大層間位移角為1/211 小于《高規》[2]所規定的限值1/120，大震下結構基底剪力約為小震（CQC）設計值的5.43～6.78 倍，表明該結構在大震下發生了一定的損傷，產生了剛度退化，也滿足“大震不倒”的抗震設防要求。

表5 主要計算結果

3.3.2 結構損傷情況

根據結構的損傷情況，在罕遇地震作用下，大部分連梁出現中度損傷以上，大部分樓層框架梁出現輕微～中度損傷，起到了耗能的作用；底部加強區剪力墻洞口邊緣和墻垛出現輕微～輕度損傷，非底部加強區的電梯筒南部位置剪力墻洞口邊緣出現輕度～中度損傷，其它位置剪力墻局部出現輕度損傷，大部分剪力墻基本為輕微損傷或無損傷，邊緣構件配筋未出現明顯塑性應變；中下部樓層個別框架柱出現輕微～輕度損傷，頂部樓層框架出現輕微損傷，裙樓框架柱出現輕微～輕度損傷，其他框架柱基本無損傷，框架柱內鋼筋均未屈服。

本結構的抗震性能較好，可滿足預設的罕遇地震作用下的抗震性能目標。

4 專項分析

4.1 樓板應力分析

該結構三層存在樓板不連續情況，樓板在地震作用下可能產生較大的面內變形，出現貫通裂縫，導致結構剛度的下降，因此對三層樓板進行應力分析，面內典型主應力如圖7 所示。

中震作用下，除個別位置應力集中外，樓板拉應力小于樓板混凝土抗拉強度標準值，大開洞周邊樓板拉應力沒有明顯增大。根據應力分布情況，大開洞周邊和電梯筒弱連接部的樓板加厚至150mm，并采用雙層雙向拉通板筋，配筋率取0.25%，對樓板應力較大的部位，考慮配置另加鋼筋，控制樓板應力和裂縫發展。由此可見，樓板能保持較好的完整性，實現力的傳遞，能滿足中震不屈服的要求。

4.2 躍層柱分析

為滿足建筑功能需要，塔樓二至三層的部分框架柱存在二層跨層情況，躍層柱缺乏樓層內梁板的側向支撐，對跨層柱的實際計算長度進行分析。本項目采用Midas gen 軟件對整體結構進行線性屈曲分析，本文列出受力較大的框架柱計算結果，第一階屈曲模態見圖8，該柱截面為0.7m×0.9m，柱高為6.3m，混凝土等級為C60，臨界屈曲荷載Pcr=920876.8kN，經計算后，該柱的計算長度為4.05m，計算長度系數為0.643。該躍層柱的實際計算長度系數小于設計時取的長度系數（1.25），表明該躍層柱在設計荷載工況下不會發生局部屈曲，有足夠的安全儲備，可滿足承載力及延性要求。

5 結論

該結構屬于超限高層結構，采用了基于性能的抗震設計方法，對各部位構件設定抗震性能化目標，采用多種程序對結構進行了彈性、彈塑性分析，各項指標均表現良好，基本滿足規范的有關要求，實現了預期的性能目標。根據計算分析結果，對關鍵、重要構件和薄弱部位作了適當加強，對受力復雜的部位進行補充分析，以保證在地震作用下的結構承載力和延性，實現了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設計思想。