摘要：随着城市化进程的加速，城市中心外迁，新的城市中心需要建造城市标志性建筑来提升城市的影响力和知名度。超高层异形结构建筑 应运而生。
关键词：超限高层建筑；中震塑性铰分布；静力弹塑性推覆分析；弹性时程分析
一、工程概况
本项目位于淮南奥林匹克公园。公园规划中的群体建筑物，均以体育运动中球类项目为外形，以橄榄球为外形的主体育场、以篮球为外形的 体育馆、以排球为外形的游泳跳水馆、以足球为外形的全民健身馆、以乒乓球拍外形的五星级宾馆。
项目内容及规模：该项目由酒店主楼和酒店裙房组成。酒店主楼地面以上34层，高度137.5米；酒店裙房地面以上4层，高度23.1米，地下为 二层整体地下室，为一幢现代化的超五星级酒店。地上建筑面积：60759平方米，其中酒店主楼约36620平方，；酒店裙房约20779平方米。 地下室面 积约19440平方米。本工程上部结构以地下室顶板为嵌固部位，地上分两个抗震单元：酒店主楼、酒店裙房。
二、超限情况
1、酒店主楼地面以上34层，屋顶结构标高137.5m。根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109 号）和《高层 建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），超出A 级高度高层建筑的最大适用高度（120m）的14.6%；框架—抗震墙结构可满足7度设防，B 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（140m）。
2、考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2，但小于1.4，属于扭转不规则。
3、19 层有4 根托柱转换梁，属于竖向不规则。
4、建筑长度最大处为86.28m，不设缝。超过规范最大框架-抗震墙不设缝长度50m的要求。
5、结构上部楼层缩进部位到室外地面高度与房屋高度之比为0.7，大于0.2；上部楼层收进后的水平尺寸为下部楼层的53%，小于规范规定的 70%，属于竖向不规则。
三、抗震性能化设计
1、结构抗震性能目标的选用：
1）场地条件：
a）抗震设防类别为标准设防类（丙类）。
b）抗震设防烈度为7度，基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组第一组。
c）建筑场地类别为II类。
d）拟建场地属抗震一般地段。
2）建筑高度：
酒店主楼地面以上34层，屋顶结构标高137.5m。超出A级高度高层建筑的最大适用高度（120m）的14.6%；框架—抗震墙结构可满足7度设防 ，B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（140m）。
3）不规则性：（特别不规则）
a）考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2，但小于1.4，属于扭转不规则。
b）19 层有4 根托柱转换梁，属于竖向不规则。
c）结构上部楼层缩进部位到室外地面高度与房屋高度之比为0.70，大于0.2；上部楼层收进后的水平尺寸为下部楼层的53%，小于规范规定 的75%，属于竖向不规则。
4）震后损失：
酒店为五星级酒店，档次较高，人员密集，震后损失较大。
综上分析后，结构抗震性能目标选用为 C。
2、抗震性能水准：
1）多遇地震（小震）——第一性能水准
a）小震作用下按常规设计，满足弹性设计要求，结构构件完好无损伤，一般不需修理即可继续使用；弹性分析阻尼比为0.05。
b）水平地震影响系数最大值αmax =0.08；特征周期 Tg =0.35
c）构件承载力满足弹性设计要求；连梁刚度折减系数为0.6。
2）设防烈度地震（中震）——第三性能水准
a）中震作用下承载力按标准值复核，计算变形小于2 倍弹性位移限值；结构普通竖向构件、关键构件轻微损坏，耗能构件轻度损坏、部分 中度损坏，一般修理后才可继续使用；水平地震影响系数最大值αmax =0.23；
b）特征周期 Tg =0.35；整体结构进入弹塑性状态。
c）竖向构件及关键构件受剪承载力满足弹性设计要求，正截面承载力满足屈服承载力设计要求。
d）部分耗能构件受剪承载力满足屈服承载力设计要求，正截面承载力进入屈服阶段。
e）连梁刚度折减系数为0.3；弹性分析阻尼比为0.06。
3）预估的罕遇地震（大震）——第四性能水准
a）大震作用下进行弹塑性计算分析，关键构件正截面承载力按标准值复核，部分竖向构件及大部分耗能构件进入屈服阶段，但不发生剪切 破坏；计算变形约4 倍弹性位移限值；结构部分普通竖向构件中度损坏，关键构件轻度损坏，耗能构件中度损坏、部分比较严重损坏，修复 或加固后才可继续使用。
b）水平地震影响系数最大值αmax =0.50；特征周期Tg =0.40
c）整体结构进入弹塑性状态；关键构件的抗震承载力满足屈服承载力设计要求。
d）部分竖向构件及大部分耗能构件进入屈服阶段；竖向构件受剪截面满足截面限制条件。
e）连梁刚度折减系数为0.3；弹性分析阻尼比为0.07。
f）结构抗震性能通过静力弹塑性计算分析。结构薄弱部位的层间位移角满足
1/200。（规范要求为1/100）
四、主要的抗震措施
1、采用两个独立软件SATWE和ETABS进行建模分析，并对两个软件的分析结果进行对比。
2、补充弹性动力时程分析，并与振型分解反应谱法进行对比，使反应谱法所得地震剪力不小于时程分析法所得地震剪力的平均值。
3、补充静力弹塑性（pushover）分析，考察塑性发展情况，以判别薄弱部位。计算大震作用下弹塑性位移角，控制最大层间位移角不大于 1/200（规范限值为1/100）。
4、控制结构的扭转效应，在结构计算时计入扭转影响。
5、底部加强部位构件按中震弹性进行设计。在大震作用下允许进入屈服，但变形限制在1/200以内，不得发生剪切等脆性破坏。
6、温度变化影响较大的部位如房屋的顶层、底层、山墙和纵墙端开间等部位提高构造配筋率。楼板配筋率不小于0.25%，并采用双层双向配 筋。
7、对于19层的托柱转换梁及23层楼面至27层楼面标高范围柱子抗震承载力按照中震弹性的要求设计。
8、96.000标高以上楼层跨度大于3m的悬挑梁，均考虑竖向地震力作用。
五、酒店主楼结构计算分析模型及主要计算结果
1、计算模型和软件
采用符合结构实际受力状态，采用两个不同力学模型的三维空间分析软件ETABS 和SATWE进行结构分析。楼板采用膜单元来模拟（计算整体 参数时用刚性隔板模拟）。墙采用壳单元，梁和柱采用杆单元模拟。
2、结果分析
ETABS 和SATWE 软件的主要计算结果，结构总重力、前六阶振型周期、周期比、多余水平地震作用下扭转位移比、结构整体稳定性验算（刚 重比）、承载力（薄弱层）、多遇水平地震作用下基底总剪力、基底弯矩、位移角。对比可以发现，两者分析结果比较接近，证明分析是可 靠的。
3.弹性时程分析
选择了三条地震波，均为SATWE软件提供，按7度（0.10g）II类场地进行分析，按双向地震波输入，地面运动最大加速度为35cm/s2，结构阻 尼比0.05。下表为弹性时程分析计算结果：
从上表可以看出，时程反应所得剪力平均值小于反应谱法所得结果，说明反应谱法是可靠的。
3.静力弹塑性（Pushover）推覆分析结果
采用EPDA/PUSH 进行，分别对x，y两个方向进行推覆分析、
4.1 X方向推覆结果
从罕遇地震作用下对应的性能点位置及结构位移角曲线可以看出，结构最大的层间弹塑性位移比最大为1/338，小于本工程的控制层间弹塑 性位移角限值1/200。
中震下结构塑性铰分布 大震下结构塑性铰分布
在推覆荷载作用下，在小震下结构处于弹性状态；在中震作用下部分框架梁和个别连梁在出现塑性铰；当进入罕遇地震阶段，结构塑性铰增 多，底部加强区个别墙肢开始屈服，个别连梁开始损坏，结构不发生整体破坏。
4.2 Y方向推覆结果
从罕遇地震作用下对应的性能点位置及结构位移角曲线可以看出，结构最大的层间弹塑性位移比最大为1/221，小于本工程的控制层间弹塑 性位移角限值1/200在推覆荷载作用下，在小震下结构处于弹性状态；在中震作用下部分框架梁和个别连梁在出现塑性铰；当进入罕遇地震 阶段，结构塑性铰增多，底部加强区个别墙肢开始屈服，个别连梁开始损坏，结构不发生整体破坏。
六、结论
根据报告的分析及计算结果，主要内容总结如下：
1、结构属于B级高度高层建筑、扭转不规则、个别构件转换，因此属于超限高层建筑。
2、结构的弹性分析中，抗震设计考虑了抗震规范规定的地震作用以及地震时程分析波，风荷载考虑了荷载规范给出的风荷载。弹性分析表 明结构主要整体指标满足规范限值要求。
3、底部加强区竖向构件、19层的托柱转换梁及24层楼面至26层楼面标高范围柱子按中震弹性要求设计。
4、19层楼面至23层楼面标高范围（平面宽度缩小）东西两侧边柱构造加强。
5、对结构进行了 PUSHOVER 验算，控制大震作用下的层间位移角，保证抗震性能目标。
6、温度变化影响较大的部位如房屋的顶层、底层、山墙和纵墙端开间等部位提高构造配筋率。楼板配筋率不小于0.25%，并采用双层双向配 筋。
通过以上工作，我们认为结构设计能够实现抗震规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”及抗震性能目标 C 的设防要求，结构设计是安全 的。
论文作者:吴振华1,陈自国2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/23
标签：结构论文; 塑性论文; 构件论文; 位移论文; 承载力论文; 弹性论文; 高度论文; 《基层建设》2018年第26期论文;