摘要：高位转换超高层建筑自身结构复杂，建设高度突出，为确保整体建筑安全可靠，需合理设计其结构。下文以某高位转换超高层公寓结构设计为例进行分析，对类似高位转换超高层建筑结构体系及结构性能有一定了解，在考虑到抗震性的基础上，分析其构件性能及震动时弹性塑性时程。经过分析发现，高位转换超高层建筑结构整体受力性良好，可满足原本抗震性目标。
关键词：高位转换；超高层；公寓；结构设计
高位转换超高层公寓结构设计需针对工程现场情况、抗震要求等进行合理设计[1]。在施工前对施工地区地质勘察，确定抗震性等级，制定遭遇地震、防御地震等性能指标，以计算机模拟技术支持，模拟结构设计，对结构静力非线性分析，基于抗震性能设计方式，对各个结构细化分析，保证结构设计安全性、实用性。
1.工程概况
以某地区高位转换超高层公寓结构设计为例进行分析，其公寓属框支剪力墙结构，房屋整体高度为137.85m，高度为B级，地上总建筑面积为19023.71m2，主楼房屋高度达到137.840m，地上建设40层，地下4层。其中，地下室主要用于建造停车场，-1-7楼为商业区，-1层4.4m高，1层高度为6m，2-7层为5.2m。8-25层设置避难层，其余层设置为居住区。避难层及住宅层平均高度为2.9m。受商业区建设需求，在建筑第8层设置转换层，设计地震针对基础区、商业区等不同，有侧重点的设置防震设防区，重点集中在商业区，公寓区普通设防，具体地震动参数区划图规定参数。
表1 地震影响系数最大值及特征周期
2.结构体系及超限判断
2.1结构体系
在该建筑需求中，按照设计具体需求，工程主要采用框支剪力墙作为整体结构，中部结构中也采用落地剪力墙设计。工程设计施工中，控制框支柱及剪力墙之间的距离不大于6.33m，结构设计到地上八层之后，进行转换，控制落地剪力墙实际厚度处于600-200mm，按照楼层逐渐增高，混凝土厚度逐渐降低，避免结构受到过大压力，发生刚度突变。框支柱、支架以型钢混凝土为可靠建材进行建设，确保公寓整体建筑结构可靠。
在第八层以上结构进行转换时，竖向荷载主要采用梁板及时传递出去，经过未落地剪力墙、落地剪力墙传递给建筑结构 基础部分，减少一定建筑负担[2]。
抗侧体系：
在抗侧体系上，工程以框支剪力墙进行设计，将剪力墙和框支柱结合起来，形成 抗侧体系，可灵活应对建筑物受到的风力、水平剪力及倾覆力矩等。之后逐渐转移到基础，减少不同种类力对该高层建筑造成的破坏。在该抗侧体系中，剪力墙承担水平剪力，其结构抗侧刚度较大，且对应墙肢及连梁相互配合，共同受力，抗震性及抗风性良好，建筑物质量可靠。
楼面体系：
该高位转换超高层公寓整体楼面均采用现代钢筋混凝土浇筑，浇筑需控制具体楼板厚度，楼板厚度控制如下：
地下一层为嵌固端，控制厚度为180mm，地下二层楼板为150mm，地下三层楼板为150mm，地上一层到六层控制厚度为120-150mm，地上七层为150mm，地上八层是转换层，楼板较厚，厚度达到180mm，之后第九层为150mm，上层楼板厚度在100mm-130mm之间，屋面层控制厚度120mm。
在塔楼边缘以防震缝分隔，防震缝设置宽度200mm，避免在地震发生后，塔楼和裙房互相影响，导致公寓整体结构遭到破坏。
2.2超限判断分析
2.2.1房屋高度超限判断
对房屋高度超限进行判断，该工程中房屋整体高度达到137.83m，采用6度抗震设计，其剪力墙结构A级高度达到120m，B级限值在140m，因此该高位转换超高层公寓工程属高度超限高层建筑种类[3]。
2.2.2不规则超限判断
具体的不规则超限判断如表2所示。
表2 地震影响系统最大值及特征周期分析
3.结构抗震性能目标分析
针对该高位转换超高层公寓工程超限判断，工程结构抗震性能目标为C级，多遇地震性能标准为1，设防地震标准3，罕遇地震标准4；多遇地震层间位移角1/1000，设防地震1/500，罕遇地震1/250；宏观损坏程度上，多遇地震要求达到完好无损坏，设防地震只有轻度损坏，罕遇地震标准为中度损坏；框支梁、柱、底部加强区剪力墙标准上，多遇地震弹性，设防地震正截面不屈服，斜截面受剪弹性，罕遇地震不屈服；耗能构建方面，要求多遇地震弹性，设防地震部分受弯进入塑性，存在轻度损坏或中度损坏，斜截面受剪不屈服，罕遇地震绝大多数受弯屈服较严重，受剪满足最小抗剪截面要求。
4.结构计算及分析
4.1静力弹性计算
4.1.1多遇地震作用下整体计算结果分析
多遇地震作用下整体计算以计算机模拟技术计算分析，采用YJK、MIDAS Building对实际工程结构分析，具体分析结果如下所示：
表3 多遇地震作用下的计算结果比对分析
由表可得，两种软件实际计算结构无差异，因此可以得出，利用计算机软件对该共工程的进行分析，发现软件计算各项结果均满足工程使用要求，该工程结构建设具有可行性。
4.1.2转换层上下结构侧向刚度规定
建筑以《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）为支持，转换层设置在第二层以上，对应转换层和相邻上层侧向刚度比у1应在0.6以上，转换层相邻下层结构和上部结构等效侧向刚度比уe2则应在0.8以上。
转换层还要考虑到上下刚度差异，控制刚度比，按照建设规范评价刚度差异是否满足需求。
4.2转换层楼板应力分析
该工程中部分框至剪力墙结构设计内，转换层的楼板承接整体传力，不落地剪力墙通过转换层的楼板，将力传递到落地剪力墙，而转换层楼板自身受到较大剪力。因此，需考虑在中震、大震发生后产生的应力，考虑到楼板受到的剪力，找到转换层楼板内部不同的薄弱部分，为强化转换层楼板质量奠定基础，可以针对转换层楼板的薄弱点，有针对性的进行强化。设计中，以YJK软件详细分析转换层楼板防地震设计应力分析，旨虚拟软件上模拟转换层楼板受到的剪力承担薄弱区域，并在软件中选择“壳”操作楼板，可计算楼板内外刚度，在楼板的梁及剪力墙位置，需控制其最大距离为1.5m。
该工程结构中，第八层楼板设置防地震作用下X、Y向剪力极限值为0.9N/mm2，0.8N/mm2，其值均小于转换层楼板混凝土对应值，和《混凝土结构设计规范》相互呼应。
在施工图纸设计中，对应力集中的区域，一些竖向结构边角处、楼板洞口附近，则采用强配筋、增加板厚方式，提高结构稳定性。
4.3关键构件中震不屈服分析
中震对建筑结构的影响较大，在该工程结构设计分析中，需考虑到关键构件中震不屈服分析。若结构受到中震影响，则会产生弹塑性形态，影响结构稳定性。因此，在设计工作中，需采用等效弹性分析方式对重要构件进行计算分析，计算中考虑阻尼比增加或剪力墙刚度折减对设计造成的影响。
在YJK软件中对建筑物进行中震计算，其框支柱主要为型钢混凝土支柱，界面变化不明显。框支柱受中震影响较大，但是其配筋和小震相同，可通过提高框支柱的纵筋率方式，可保证中震状态下其仍为弹性状态不改变。
5.超限设计抗震措施分析
具体的超限设计抗震措施如下所示：
（1）在建筑结构设计上，地下一层到地上十层的剪力墙称之为底部，是建筑结构稳定性的核心，应给予充重视，加强结构质量，抗震级别设置为特一级，对应楼层的框支框架也设置为抗震特一级，转换梁、框支柱以钢骨混凝土构造，按照中震设防标准建设。控制框支柱及落地墙轴压比限值0.5，底部加强区剪力墙轴压比限值0.45.
（2）对转换层楼板加强，转换层上下相邻楼板刚度加强，对楼板加强应力分析，采用双层双向配筋，提高配筋率。
（3）在地上八层及以下的，其剪力墙水平支撑力需满足整体建筑物支撑需求，可适当提高其剪力墙水平、竖向钢筋配筋率，将其提高至0.5%，转换层上一层剪力墙水平、竖向钢筋配筋率提高至0.75%，建筑结构的底部地区进行的加强处理。
（4）过渡层边缘构件控制配筋率在1.2%以上，箍筋特征值在0.20以上。
（5）建筑结构中，一些小地方的墙垛，剪力墙在应力集位置，建筑结构整体稳定性受到一定影响，需对小墙垛处剪力墙应力计算分析，提高配筋率，以保证结构可靠。
6.结束语
综上所述，在该高位转换超高层公寓结构设计中，可采用YJK、MIDAS软件比对分析，考虑到不同地震对建筑结构的影响，输入测试数据，发现其结构设计满足 行业规范。此外，
文章针对第八层转换层的楼板应力重点分析，分析应力薄弱位置，通过多种方式，弥补应力薄弱缺陷，并对不同级别的地震对建筑结构影响模拟分析，以加强反示手段，提高结构抗震性需求。通过科学分析设计，注重抗震性提高，结构整体稳定，通过超限审查，可为同类工程开展提供参考。
参考文献：
[1]齐国丽. 带裙楼的高位转换高层结构设计探讨[J]. 中国高新区，2017（10）：141.
[2]胡细伟. 某带弧形转换梁高位转换超限高层酒店的结构设计分析[J]. 低碳世界，2018，No.179（5）：110-111.
[3]吕恒柱，刘亚军，朱晓文，等. 某高位转换复杂超限住宅结构设计与分析[J]. 青岛理工大学学报，2018，39（2）：46-53.
论文作者:蒋丞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：楼板论文; 结构论文; 剪力墙论文; 高位论文; 刚度论文; 结构设计论文; 应力论文; 《基层建设》2019年第14期论文;