北方工程设计研究院有限公司
摘要：随着我国社会经济的不断发展，建筑物的高度不断增高，在建筑结构设计上也越来越严谨，超高建筑的布置、形态和性能日趋复杂。本文结合工程实际，对超限结构设计问题进行探讨。
关键词：超限结构 结构设计 措施
1工程概况
本建筑主要功能为办公、商业及地下停车库等。建筑地上 42 层，地下 3层，建筑檐口高度为 169.1m，其中首层、二层为商业，其余楼层为办公，建筑效果图与剖面图见图 1、图 2。
图1 建筑效果图
图2 建筑剖面图
本工程抗震设防烈度为6度， 设防分组为第一组， 设计基本地震加速度 0. 05g，场地类别为II类，抗震设防类别为丙类，基本风压为 0.3kN/m2， 地面粗糙度类别为 C类，设计使用年限50年，建筑物安全等级为二级
2 结构设计
2. 1 基础设计
结合地勘报告，本工程主楼核心筒下为桩筏基础，塔楼核心筒下筏板厚度3.1m，塔楼核心筒外底板厚度为1.3m桩长10m～14m不等，桩端进入中风化泥岩4m～8m。
2.2上部结构设计
主楼结构地上 42 层，混凝土核心筒伸至171.5m 高度，大屋面结构标高为 165.9m，结构类型为框架-核心筒结构。楼盖采用混凝土梁、板体系。本工程塔楼标准层平面较为规则，为典型框架-核心筒结构，标准层平面见图3。结构二层局部楼板大 开洞，局部形成穿层柱。为了满足建筑功能要求，结 构在第 14层及以上时核心筒最南侧墙体取消，30层及以上层核心筒最北侧墙体取消，14 层～ 30 层结 构形成核心筒墙体不对称分布。
图3 结构标准层平面
2.3结构超限项及特点
本工程结构高度为 B 级高度，主要超限项为高度超限，由于 14层～30 层核心筒南侧墙体取消引起扭转不规则，同时二层局部楼板大开洞，局部有穿层柱。本工程为超限高层建筑。
结构弹性分析与计算
针对本工程超限特点， 设计中采取了必要的措施， 并且进行了相应的计算分析， 主要按以下两个层次进行:
1) 整体结构小震弹性分析 ( 振型分解反应谱法)
首先进行整体结构小震弹性分析，采用两套独 立的程序( SATWE 和 ETABS) 进行计算分析并对比其结果，确保整体结构的各项指标满足规范要求。
2) 整体结构小震弹性时程分析
采用 SATWE 程序进行小震弹性时程分析。
表1 结构各振型基本参数
3. 1 抗震设计动参数选取
根据场地安评报告，本场地的地震基本烈度为6 度，场地设计抗震加速度为 0. 05g，设计地震分组 为第一组。勘察场地及影响范围内，四周较平坦开 阔，无古河道、古墓，无滑坡、泥石流、地下采空区、砂土液化、软土震陷及塌陷区等不良地质作用。
从图 4 可以看出，安评谱的地震影响系数曲线 全部在规范谱曲线之上安评谱影响系数在各个周期点上均大于规范谱，因此，多遇地震作用下，本工程在承载力、位移计算时取安评相关参数，中震及大震性能设计的参数按照规范取值。
图4 安评谱与小震规范谱比较
3.2 多遇地震下振型分解反应谱计算分析
采用对结构进行反应谱分析，并采用 SATWE和ETABS 进行对比计算分析，结构周期、层间位移角，位移比基底剪力，倾覆力矩等指标计算结果基本一致，SATWE 计算结果见表2和表3。
2 地震及风荷载作用
从 X向地震楼层位移比分布图与刚心分布图可以看出，由于在 14 层 ～ 30 层取消 B 轴处 X 向核 心筒墙肢，在 30 层及以上层取消 F 轴处 X 向核心 筒墙肢，所以刚心位置沿 Y 向发生变化。因此取消 最外侧墙体引起结构扭转不规则，对结构抗震造成 不利影响。
多遇地震下振型分析反应谱计算结果显示，结构各项整体指标均满足规范要求，结构体系是可行的。
图5 楼层位移比分布图
图6 楼层刚心分布图
3.3弹性时程分析
采用 SATWE程序进行弹性时程分析，根据场地安评报告提供的地震波，选取3条地震波，包括 1条人工波、2条天然波，分别为人工波、天然波TR1和天然波 TR2，分别从 X、Y向进行输入，峰值加速 度取 18.43cm/s2 ( 安评报告加速度峰值)。X、Y向3条波中每一条的基底剪力都大于反应谱法基底剪力 的 65%，平均基底剪力大于反应谱法基底剪力的80%，满足规范对时程分析地震波的要求。
4结构抗震性能目标
根据该结构超限情况及抗震超限审查意见，本工程抗震设防性能目标应设定为 C细化如表 4所示。
表4抗震设防性能目标
5 超限设计加强措施
核心筒底部加强部位高度取至第 6 层， 主要墙体和框架柱按中震不屈服设计核心筒外墙水平及竖向分布筋配筋率在 1 层 ～6 层提高至 0. 40%， 7层～8 层设置过渡层由于二层局部楼板大开洞，为保证地震力传递，并对整层楼板进行加强， 楼板厚度采用 200mm，双层双向配筋，截面每个方向单侧配筋率不小于0. 30% X 向地震作用下， 第13层核心筒位于 B 轴处的剪力墙承担的水平剪力为结构底部总水平剪力的46%， 超过《高规》第8. 1. 7 条单片剪力墙承担剪力不得超过30%的限制要求， 因此在第 13 层南侧外框架处局部设置支撑，使核心筒墙肢的剪力减小到底部剪力的 30%以下 该层 B 轴处的剪力墙按(计算时不考虑斜撑) 大震不屈服设计且墙体水平分布筋提高至 1. 2%， 竖向分布筋提高至1.0%，并向下延伸两层，本层该处墙体与支撑相连区域的楼板厚度采用 200mm，双层双向配筋，截面每个方向单侧配筋率不小于0. 30%。
对于底部加强区的墙体，进行中震作用下的拉应力验算与大震作用下的抗剪截面验算 核心筒主要墙肢中震组合工况作用下均未出现拉应力; 核心筒主要墙肢满足大震作用下的抗剪截面控制条件。
6 结论与建议
本工程采用的主体结构质量分布均匀，刚度分布基本合理，结构体系合理可行; 同时结构满足小震不坏中震可修大震不倒的抗震设防目标，并达到本工程所设定的性能目标要求。
本工程由于建筑功能需要，核心筒在第14 层局部变化引起结构刚度变化，虽然通过采取加强措施，改善刚度变化带来的不利影响，但这种刚度突变对结构抗震十分不利且不经济，因此在超高层建筑确定方案时，尤其是在高烈度地区，应尽量避免采用这种核心筒单侧收进方案。
论文作者:周和艳
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/29
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