摘要：我国中部地区某项目正在进行超高层住宅建设，本文主要研究该超高层住宅楼的结构设计，并对其所设定的抗震设防目标进行了验算和分析。首先，本文详细分析了该建筑工程项目的结构体系以及超限情况，之后介绍了该建筑工程项目的性能目标和抗震设防，最后探讨了抗震性能计算与分析，主要包括三个方面：多遇地震作用、地震波的选取、动力弹塑性分析、动力弹塑性分析小结，其中动力弹塑性分析小结概述了该建筑工程项目有关动力弹塑性五个方面的内容，比如：受拉裂缝出现明显发展的是刚度较大的联肢墙和左右两端开间的剪力墙、二层楼面局部开洞不利于周边剪力墙作用的发挥，很明显的一点就是很多受拉裂缝在地震初期就已经出现，不过后续没有发生恶性发展等，是对本文研究的内容的总结。通过以上几个方面的分析和探讨，希望能够为以后相关方面的研究工作提供一些参考。
关键词：超高层住宅；结构；抗震
本文所研究的工程位于我国中部某地，该工程项目规划用地10.28×104平方米。该工程项目共有高层办公及住宅楼18栋，此外还有一些商业裙房，其中最高的两栋为12#和15#达129.6米，均为41层，并且还有两层地下室位于主楼之下。而本文主要论述的9#住宅楼，对其结构设计进行分析。9#住宅楼在建造过程中主要采用剪力墙结构体系，高度为121.2米，是一种B级高度的高层建筑。
1.结构体系以及超限情况
本文所研究的项目工程所在地的地震加速度和抗震设防烈度分别为0.10g和7度。在对结构受力情况以及建筑功能本身的需求进行了充分的考虑之后，决定采用剪力墙结构对9#住宅楼进行施工。另外，根据相关的技术条例，本建筑是一种钢筋混凝土高层建筑，属于B级高度。该高层建筑有15.26米的标准层等效宽度以及48.26×16.5米的标准层平面外轮廓。之后可以根据标准层等效宽度将结构的高宽比以及长宽比计算出来，分别为9.7和3.2。但是根据相关方面的技术规定，该建筑工程的高宽比超限。规则性判断：首先，该建筑工程的二层结构平面楼板由于开洞导致Y向的有效宽度减少很多，与全楼的宽度相比只有其22%，造成楼板不连续；其次，通过STAWE软件的计算得出：该建筑有扭转不规则。这是因为局部楼层的最大位移比已经超过了1.2，但是仍然在1.4之下。由以上两个方面基本上可以得出结论：该工程项目是一种高层建筑属于B级高度，并且高宽比超限，同时还存在楼板不连续现象，导致平面不规则。另外，还存在扭转不规则问题，主要是为其局部楼层的最大位移比已经超过了1.2。总的来说，在本工程项目中，不规则的类型一共有两种，即平面不规则和扭转不规则[1]。
2.性能目标和抗震设防
在评估该工程项目的抗震性能的过程中，需要充分考虑一下几个方面：该工程项目的设防烈度、房屋高度、结构造价、结构的不规则程度以及震后修复的难度等，最终将该工程项目的性能目标定为C级。表1详细列举了性能目标为C级的工程项目的宏观和各种构件的控制指标。有根据相关方面的抗震设计要求，该工程项目的结构抗震等级如表2所示，地震动参数取值如表3所示。
表1 整体和各类构件性能目标控制
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3.1多遇地震作用
在本文的研究同时采用SATWE软件和PMSAP软件这两种不同的结构分析软件对该建筑进行整体计算，结果显示整体上是一致的，并且对照相关的规范和标准，各项指标均满足要求，这说明该建筑工程项目的构件尺寸、结构体系以及结构布置均合乎规范[2]。
3.2设防烈度地震作用
在对该建筑工程项目的结构进行中震不屈服验算的过程中，主要使用SATWE软件，经过相应的计算得出0.24为地震影响系数的最大值。但是对这种工况下会进入屈服的一些耗能构建进行充分的考虑后，决定取0.07的阻尼比和0.95的周期折减系数以及0.4的连梁刚度折减系数和1.6的中梁刚度放大系数。在复核构件承载力的过程中，关于抗震等级的调整系数不予考虑，标准组合中也不计入风荷载作用，并根据标准值确定材料强度。但是本建筑工程项目的高宽比超限，需要对这一点进行充分的考虑，这是因为墙肢在水平力的作用下会发生受拉现象，因此在对双向地震作用进行充分考虑的情况下，应该全面核查剪力墙的受拉情况。核查之后发现，在中震作用下，拉应力超过ftk的只有底部两层中的一部分墙肢，对于这一问题在设计过程中进行相应的加强处理即可，通常的做法是内置钢骨，与此同时只要墙肢出现小偏心受拉情况，应该在其原来抗震等级的基础上再提高一级。
3.3罕遇地震作用
3.3.1性能目标验算
以已经确定的性能目标为依据，在罕遇地震作用下该工程项目的关键构建对于抗剪截面控制条件的要求能够充分的满足。对于该工程项目的关键构建来说，个别的构建可以允许进入屈服，但是在单层竖向构件总面积中进入屈服的竖向构件截面积所占的比例不能超过10%。对于抗剪力截面的控制条件，如果普通的竖向构件也能够充分满足，那么这些构件也可以允许其进入屈服，但是在单层竖向构件的总面积中进入屈服的竖向构件截面积所占的比例不能超过70%。如果一些耗能构件受到了严重破坏也是允许的。除此之外，在大震作用下的结构层间的位移角也要进行严格的控制，必须使其小于1/120。
3.3.2地震波的选取
根据相关的单位提供的地震波，充分分析了该工程项目结构的弹性时程。经过认真细致的比较不同地震波的特征，最终选定进行动力弹塑性分析的是一条人工波和两条天然波。在本文中图1表示各个地震波谱和规范谱平均地震影响系数曲线对比，图2则表示计算楼层剪力时弹性时程和反应谱的对比曲线，图3则表示对于结构响应计算结果，规范普和各地震波谱的对比。分析研究这三个图可以得出：在主要振型周期点上，采用地震影响系数曲线的振型分解反应普法与采用平均地震影响系数曲线的多组时程曲线，影响系数相差不超过20%，因此在统计学意义上这两者是相符合的。就的底部剪力来说，与振型分解反应普法的计算结果相比，每一条时程曲线计算所得结果都大于等于前者的65%；而在结构底部剪力平均值方面，与振型分解反应普法的计算结果相比，每一条时程曲线计算所得结果都大于等于前者的80%。这充分说明本文中所选用地震波能够满足相关方面的标准和要求，在本工程项目的时程分析中可以采用[3]。
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图1 规范波普与各地震波谱结构响应计算结果对比
3.3.3动力弹塑性分析
性能化的设计要求、预定的加强措施这两个方面在上文中已经进行了详细的说明，之后的配筋结果可以通过常规计算模型获得，之后以此为依据人为干预重点部位剪力墙的配筋：首先，采用大震不屈服的计算结果进行过渡层的剪力墙边缘构件以及底部加强部位构件的配筋，除此之外采用常规计算结果进行配筋；其次，剪力墙水平分布钢筋、竖向分布钢筋在底部加强部位、出屋面混凝土构件、屋顶层以及过渡层中的分别为大于等于0.4%和0.6%，在其余的楼层中分别为大于等于0.4%和0.4%。之后在分析整体结构在罕遇地震中的动力弹塑性时，主要采用EPDA＆PUSH程序，弹塑性分析模型接力于SATWE模型。用“纤维束模型”进行构建塑性铰定义，在对梁柱等的弹塑性性质进行模拟时直接从材料的本构关系角度出发。根据最终得出的数据，以人工波为例简单的说明结构损伤情况：在05s左右出现了少量的裂缝，这些裂缝主要来自底部约1/4全楼高度范围内一些具有较小跨高的墙梁。另外，还塑性铰出现在短跨的框架梁上；在1220s左右出现了最为严重的结构变形、最多的构件损伤，并且塑性铰出现在大多数的框架梁端部以及连梁上，还有受拉裂缝大量出现，并且是由外向内发展，基本上所有的受拉侧短墙肢都发生了这种现象，而受压侧个别墙肢出现这种现象的并不多。
3.3.4动力弹塑性分析小结
一，计算结果表明，对于相关方面的标准要求，该建筑工程项目的结构弹塑性完全符合要求，并且还有一定的超出；二，对于二层开洞部位周边的剪力墙来说，在楼面局部开洞会对剪力墙充分发挥自身的作用产生不利的影响。很明显的一点就是很多受拉裂缝在地震初期就已经出现，不过后续没有发生恶性发展；三，结构损伤最为严重的时间，进入屈服的有一部分耗能构件，全楼2/5高度范围内分布着最多的剪力墙受拉裂缝，但是并没有出现很多的剪力墙受压裂缝，只有很少一部分楼层中的个别墙柱出现了受压裂缝；四，受拉裂缝出现明显发展的是刚度较大的联肢墙和左右两端开间的剪力墙；五，总的来说，该建筑的剪力墙都没有发生损坏，因此不会对竖向载荷的传递产生影响[4]。
4.结语
总而言之，根据本文的研究，该建筑工程项目虽然高宽比超限，但是其抗倾覆能力和稳定性依然很强，具有较好的整体结构规则性，并且对于相关的规范要求各项指标都能够充分满足，通过该案例的分析和研究可以为以后超高层住宅结构抗震设计提供一些有益的借鉴。
参考文献：
[1]杜洋. 某超高层结构的设计与计算分析[J]. 门窗，2016（10）：132-133.
[2]朱运川，ZHUYun-chuan. 某小区超高层住宅结构设计[J]. 工程建设与设计，2016（15）：19-21.
[3]林国坤[1]. 东平C塔超高层住宅结构设计[J]. 城市建筑，2015（26）：71-71.
[4]赵新兴. 超高层结构抗震设计中若干问题的探讨[J]. 江西建材，2016（11）：34-34.
论文作者:宋正光
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/16
标签：结构论文; 工程项目论文; 塑性论文; 构件论文; 裂缝论文; 建筑论文; 剪力墙论文; 《基层建设》2019年第29期论文;