0引言
目前，国家城镇化进程的不断扩大，城市是中国经济的生存空间，是中国生产力进步的重要体现。然而，城镇化的不断扩大导致很大部分的土地资源被开发征用，交通、住房的紧张用地形式依然不容小觑！因此，为了合理和节约土地使用面积，高层建筑成为“占空不占地”的一项重要举措！在结构设计领域内，规范将10层及10层以上或房屋高度大于28 m的住宅建筑以及房屋高度大于24 m的其他高层民用建筑混凝土结构统称为高层建筑[1]。超高层建筑设计中，因为建筑专业的需求可能会出现如大跨度结构构件、穿层柱、楼层大开洞甚至超A级高度结构等部位，导致结构整体计算指标超出规范的限制，需要进行超限设计审查。但现有规范对这些重要部位和关键部位的设计措施说明较少，没有具体的设计方法和较为一致的设计指标，同时缺少大震下的弹塑性分析。因此，对超高层中出现的关键部位和重点部位的分析成为设计师的第一关注点。
1工程实例
某住宅项目，地上41层，地下4层，功能主要包括住宅和车库，附加少量配套商业。塔楼地上建筑面积有局部楼板不连续等平面不规则项。抗震设防烈度7度（0.10 g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别Ⅱ类，场地土特征周期Tg=0.35 s。该工程的勘察报告指出场地内未预见砂土层，可不考虑液化影响，并且有强风化岩石可以做基础持力层，同时采取抗拔锚杆进行抗浮设计。规范中规定的抗震墙在不同设防烈度的最大使用高度范围[2]，其中7度区抗震墙结构最大适用高度为120 m，本项目属于超A级结构。上部结构计算指标中，扭转位移比超过1.2，属于扭转不规则，平面结构布置不规则。大底盘上塔楼属于竖向构件收进、多塔，因此共存在三项超限项。
采用多种软件（YJK、PMSAP、MIDAS）的计算结果对结构整体计算指标进行控制。在小震作用下，建筑的层间位移角基本相同。其中，YJK中平动周期T1为3.69 s、平动周期T2为3.11 s、扭转周期Tt为2.93 s、周期比Tt/T1为0.79，PMSAP中平动周期T1为3.67 s、平动周期T2为3.01 s、扭转周期Tt为2.87 s、周期比Tt/T1为0.78，MIDAS BUILDING中平动周期T1为3.53 s、平动周期T2为3.09 s、扭转周期Tt为2.75 s、周期比Tt/T1为0.78。
通过上述结果可知：YJK与PMSAP的计算结果基本符合，结构的总体动力特性指标基本一致，验证了计算结果的有效性。YJK与MIDAS BUILDING的计算结果基本符合，结构的总体动力特性指标基本一致，验证了计算结果的有效性。小震反应谱分析得到的周期比满足规范要求，表明结构的平面布置和竖向布置都得到很好的控制。
2对于超高层建筑性超限的分析
对于超A级剪力墙结构，底部加强部位的剪力墙承担的极为关键的作用，要求其中震计算下，承载力满足不屈服设计要求。计算扭转位移比最大值1.29（大于1.2）[3]，虽然属于一般扭转不规则项，但尚低于规范特别不规则限值（1.40），说明通过合理的结构剪力墙布置。就结构平面布置来说，并非所有的建筑结构都是标准的矩形或者多边形，因此扭转位移比成为了最常见的超限项之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对扭转不规则， 不同结构类型的建筑可以采取的不同设计措施，主要目的是增加刚度较弱方向的平面刚度，降低扭转周期Tt，最终实现平面两个方向的刚度均衡。主要设计措施包括：
1）适当加强边榀框架的抗侧刚度，提升结构整体的抗扭刚度。本工程依据剪力墙均衡布置，提升了结构整体的抗扭刚度。
2）合理调整剪力墙墙肢布置方式、连梁高度设定，控制结构扭转位移比不超过1.40，即不出现特别不规则项，有针对性的抑制结构扭转效应。
3）强度及配筋计算时，每隔15°设置一组附加地震力输入角，确保计算结果可以包络最不利地震输入方向。经计算复核，本工程按照各个地震动输入角度包络设计后，构件承载力可以满足抗震安全性能要求。
4）同时按照轴网正交方向和最不利地震输入方向进行小震反应谱分析（包括层间位移角控制）。
5）设置U形平面凹角处连系梁为重要构件，采用性能化设计方法，要求其正截面承载力满足中震不屈服设计要求，受剪承载力满足中震弹性设计要求。
3.超长结构温度应力分析及设计措施
本工程地库结构属于超长结构，最长尺寸超130 m，温度应力将产生较明显的影响，因此应补充温度应力计算并加强结构构造措施以应对温度应力对结构性能的影响。表3-1为120 d混凝土等效收缩降温计算。
120d混凝土等效收缩降温计算详见下表：
表中，综合系数M由水泥品种、水泥细度、骨料、水灰比、水泥浆量、初期养护时间、使用环境湿度、构件水力半径倒数、混凝土施工方式、模量及配筋比值等因素确定；考虑封带时间为4个月，取混凝土等效收缩降温约8 °C。改善温度应力影响的构造措施包括：1）为减小混凝土的收缩变形对结构的影响，每隔30~40 m间距留出施工后浇带，带宽800~1000 mm，钢筋采用搭接接头。2）楼板设置双层双向拉通钢筋，楼板下部钢筋在支座处应尽量拉通。
针对超长结构的设计措施主要包括： 1）选定合适的计算温差，增加保温等防护措施，减少室内外温差的不利影响。 2）对地上结构全楼楼板属性设置弹性膜，进行温度应力计算。墙、柱等竖向构件的配筋，依据温度应力计算结果与振型分解法做包络设计。3）进行楼板应力分析。主要通过采取构造措施，合理的设置楼板构造拉通钢筋，通过构造拉通钢筋在楼板中适宜的充当温度钢筋的作用，有效抵抗温度应力。
4结语
建筑结构设计中，对超高层超限结构的全面分析是十分有必要的，在不影响建筑功能的前提下，应该保证结构的安全，抗震性能的合理。本文对某工程超限结构从层间位移角作为切入点，存在三项不规则项，设计中采取了有效控制超高、扭转位移比和超长结构的设计措施，减轻了结果平面布置不规则带来的不利影响，使得计算结果满足规范相关要求。对相关工程有着重要的参考价值。
参考文献
[1] 朱炳寅. 《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》 [M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2008.
[2]. 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ-3 2010)[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.
[3] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2016.
[4] 豁达. 《高层建筑结构设计》 [M]. 北京：高等教育出版社, 2012.
[5] 陈彬磊, 江磊鑫. 超高超限工程的规范条文及建议[J]. 建筑结构, 2014（02）：347-352.
论文作者:马云朝
论文发表刊物:《中国建筑知识仓库》2019年06期
论文发表时间:2020/4/16
标签：结构论文; 周期论文; 应力论文; 不规则论文; 位移论文; 楼板论文; 措施论文; 《中国建筑知识仓库》2019年06期论文;