广东博意建筑设计院有限公司 广东省佛山市 528300
摘要：如今越来越多项目采用大型商业住宅综合体，本文应运而生，通过实际工程项目案例分析探讨了超限结构设计方法及注意事项，以供相关人员进行参考。
关键词：超限高层；弹性时程分析；中震验算；大震静力弹塑性分析
1工程概况
本工程位于广州市增城区，交通较为便利，总用地面积19453.8 m²，总建筑面积228194 m²，本次仅对住1号楼宅部分结构进行可行性论证。
1号楼地面以上47层，建筑物主屋面高度为148.01m，地面以下4层，主要为停车库及设备用房。
2超限设计简要说明
2.1超限情况：（1）B级高度超限高层；（2）扭转位移比大于1.2，小于1.4；（3）凹凸不规则；(4) 局部两层楼板不连续。
2.2结构满足如下性能目标：（1）在多遇地震作用下结构处于弹性状态；（2）在设防烈度地震作用下，底部加强区剪力墙均满足受弯不屈服，受剪弹性；其他部位剪力墙及框架柱均满足受弯不屈服、受剪弹性；框架梁及连梁仅有少量出现受弯屈服，但受剪不屈服；可满足“中震可修”的抗震性能目标；（3）在罕遇地震作用下，结构层间弹塑性位移及层间位移角均满足规范限值要求，结构主要抗侧力构件没有发生严重破坏，该结构可以满足“大震不倒”的抗震性能目标；（4）该结构满足抗震性能目标C的各项抗震性能水准要求，是安全、可靠、合理且满足规范要求的。
2.3结构超限主要抗震加强措施：（1）电梯核心筒连接薄弱部位楼板板厚适当加厚，并设置双层双向钢筋，配筋率不小于0.25%,底、面钢筋均按不小于抗震锚固要求伸入相邻跨或支座。（2）端部X向布置的小墙肢，考虑框架柱0.2V0的内力调整，配筋及构造按边缘构件及框架柱包络设计。（3）43层墙体收进部位楼板板厚加厚至150，配筋采取双层双向拉通设计，配筋率不小于0.25%。（4）裙房层楼板配筋均采取双层双向拉通设计，配筋率不小于0.25%。
3结构体系及抗震性能目标
3.1 结构体系
3.1.1 概述
本期工程性质为超高层住宅楼。由两栋47层高层塔楼组成，两栋之间设置结构缝，根据规范要求缝宽取450mm,且大于2倍X向中震顶点位移275mm。
本栋超高层塔楼主体屋面高度为148.01米；裙房为2层，裙房顶标高为7.95米。地面以上各层层高为：首层局部架空11.1米，3～42层（除16层和32层外）为3.05米、43～47层为3.15米，避难层层高3.30m（16层和32层）；地下部分为4层，包括地下车库及设备用房等。
3.1.2 结构平面布置
建筑物等效平面尺寸、平面高宽比见表1。
表1 平面尺寸、平面高宽比
3.1.3 结构抗侧力体系
本塔楼为框架-剪力墙结构，主要抗侧力构件为钢筋混凝土剪力墙和钢筋混凝土框架。
3.2 结构超限情况
1号楼属B级高度超限高层建筑，不属规则性超限工程。
3.3 抗震性能目标
综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构本身特点、建造费用和修复难易程度等因素，根据《高规》对抗震性能目标的划分，1号楼抗震性能目标选为C级。
4多遇地震及风荷载作用下的弹性分析
4.1 计算反应谱的选择
根据《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》的规定，多遇地震作用下的计算分析选择规范反应谱为计算反应谱。
4.2 地面粗糙度的取值
依据《建筑结构荷载规范》8.2.1，本工程地面粗糙度取B类。
4.3 计算参数及分析方法
（1）第一扭转周期与第一平动周期之比小于0.85，满足要求。
（2）有效质量系数大于90％，所取振型数足够。
（3）在风荷载作用下和地震作用下，风荷载作用起控制作用，层间位移角均满足《广东高规》第3.7.3条要求。
（4）X、Y方向剪重比不满足的限值的最多层数为底部13层，根据《抗规》第5.2.5条要求调整楼层剪力。
（5）在考虑偶然偏心地震作用下，最大扭转位移比大于1.20，小于1.40，属于扭转不规则结构。对于弱连系楼板采用楼板加厚，双层双向钢筋贯通配筋构造。
（6）按《高规》第3.5.2条，考虑层高修改后，侧向刚度满足要求。
（7）楼层层间抗侧力构件的受剪承载力大于其上一层受剪承载力的75％，程序判断无薄弱层，满足《高规》第3.5.3条楼层承载力均匀性要求。
（8）该结构刚重比EJd/GH2大于1.4，能够通过《高规》第5.4.4条的整体稳定验算，同时刚度比大于2.7,可不考虑重力二阶效应。
（9）墙、柱的轴压比均符合《高规》的要求，构件尺寸合理。
综上可知，1号楼各项宏观计算指标满足规范要求。
4.4 弹性时程分析
4.4.1 时程分析波谱曲线的选取
根据《抗规》第5.1.2条，该塔楼应采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算。计算分析时，选取5条天然波2条人工波，地震加速度最大值取18cm/s²，并分别沿X向和Y向加载，地震波振型阻尼比ξ为0.05，有效持续时间为均大于5T1，地震波的时间间距△t为0.02s。
分析表明，每条时程曲线计算所得基底剪力均在振型分解反应谱法计算结果的65%和135%之间；七条时程曲线计算所得基底剪力的平均值在振型分解反应谱法计算结果的80%和120%之间，满足《高规》第4.3.5条的规定。因此，结构地震作用效应取振型分解反应谱法的计算结果是合理准确的。
4.5 分析结论
综上分析，在多遇地震及风荷载作用下：
（1）YJK和MIDAS Building两种软件分析的各项指标、反应谱与时程分析的结果均具有一致性和规律性，说明分析模型准确。
（2）各楼层水平地震剪力最小值经调整后满足规范限值要求，结构具有足够的安全度。
（3）反应谱分析表明塔楼受力及变形均无明显突变，结构具有合适的抗侧刚度。
（4）扭转周期与平动周期之比小于0.85，结构具有合适的抗扭刚度。
（5）结构楼层质量分布均匀，地震力沿高度方向无较大突变。
（6）结构构件均处于弹性状态，承载能力和变形能力均能满足规范规定的要求。
（7）结构刚重比、剪力墙墙肢稳定性、整体抗倾覆均满足规范要求。
（8）时程波的选取与规范反应谱在统计意义上相符，分析结果满足规范要求，结构地震作用效应取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
结论：多遇地震及风荷载作用下，各项控制指标均满足性能水准1的抗震性能目标。
5设防烈度地震作用下结构抗震性能验算
根据设防烈度地震作用下的抗震性能目标的要求，对结构进行中震弹性或不屈服计算分析，以判别其在中震作用下的抗震性能。
5.1 中震验算的参数取值
采用YJK程序进行分析，在中震弹性计算模型下，对剪力墙、框架柱受剪性能进行弹性判别；在中震不屈服计算模型下，对剪力墙、框架柱的受弯以及框架梁、连梁的受弯与受剪进行判别。
5.2 中震作用下的结构整体反应指标
上述结果表明，中震作用下结构基底剪力约为小震基底剪力的2.8 倍；通过比较楼层剪力与楼层抗剪承载力，知结构整体抗剪承载能力较富余，可以初步判定结构满足中震抗震性能目标的要求。
5.3 设防烈度地震作用下分析结论
综上分析，在设防烈度地震作用下：
（1）整体层面的楼层层间位移角分布具有规律性、无异常突变，构整体抗剪承载能力较富余，可以初步判定结构满足中震抗震性能目标的要求
（2）剪力墙、框架柱按小震配筋，可满足中震下受剪弹性、受弯不屈服性能目标；底部剪力墙墙肢不出现拉应力。
（3）框架梁、连梁配箍按小震和中震包络可满足受剪不屈服性能目标，纵筋按小震结果仅有少部分出现受弯屈服，满足中震受弯部分屈服性能。
结论：设防烈度地震作用下各项设计控制指标均满足性能水准3的抗震性能目标。
6罕遇地震作用下分析结论
（1）在罕遇地震作用下，性能点处各层弹性位移角最大值均小于1/150，符合《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.7.5条的规定，结构主要抗侧力构件出现轻微损伤，但没有发生严重破坏，结构具有良好的整体性，建筑物可实现“大震不倒”的抗震设防目标。
（2）通过大震下等效弹性性线性分析，底部加强区剪力墙大震和小震计算结果的包络值可以满足大震受剪不屈服、受弯不屈服的性能目标要求；竖向构件在大震下满足抗剪截面要求。
（3）通过大震静力弹塑性分析，底部加强区剪力墙个别出现轻微损伤，上部框架柱出现轻微损伤，大部分框架梁及连梁出现轻微损伤，满足性能目标要求
结论：罕遇地震作用下各项设计控制指标均满足性能水准4的抗震性能目标
7结构抗震超限处理措施
7.1计算措施
（1）采用两种计算程序对塔楼进行对比计算，互相校核整体计算指标和重要构件的内力设计值，确保分析结果的准确、可靠。
（2）对塔楼进行弹性时程分析补充计算。
（3）对结构进行中震验算，以判别结构在中震作用下的抗震性能。
（4）对等效弹性分析和静力弹塑性分析，了解结构在罕遇地震作用下的抗震性能，并根据分析结果对薄弱部分或构件进行构造加强。
7.2抗震设计措施
（1）电梯核心筒连接薄弱部位楼板板厚适当加厚，并设置双层双向钢筋，配筋率不小于0.25%，底、面钢筋均按不小于抗震锚固要求伸入相邻跨或支座，提高承载力，更好保证水平力传递。
（2）端部X向布置的小墙肢，考虑框架柱0.2V0的内力调整，配筋及构造按边缘构件及框架柱包络设计。
（3）43层墙体收进部位楼板板厚加厚至150，配筋采取双层双向拉通设计，配筋率不小于0.25%。
（4）裙房层楼板配筋均采取双层双向拉通设计，配筋率不小于0.25%。
8综合分析结论
综合以上计算分析结果，可得到以下结论：
（1）在多遇地震作用及风荷载作用下，YJK和Midas Building两种软件分析的各项指标基本一致；结构构件处于弹性阶段，承载能力和变形能力均能满足现行规范要求。时程分析与反应谱之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做判断；能够满足“小震不坏”的抗震性能目标。
（2）在设防烈度地震作用下，底部加强区剪力墙均满足受弯不屈服，受剪弹性；其他部位剪力墙及框架柱均满足受弯不屈服、受剪弹性；框架梁及连梁仅有少量出现受弯屈服，但受剪不屈服；可满足“中震可修”的抗震性能目标。
（3）在罕遇地震作用下，结构层间弹塑性位移及层间位移角均满足规范限值要求，结构主要抗侧力构件没有发生严重破坏。因此，该结构可以满足“大震不倒”的抗震性能目标。
（4）该结构满足抗震性能目标C的各项抗震性能水准要求，是安全、可靠、合理且满足规范要求的。
论文作者:叶永创
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/19
标签：结构论文; 性能论文; 目标论文; 弹性论文; 作用下论文; 框架论文; 构件论文; 《基层建设》2018年第12期论文;