陈芳勇
广东深圳 518000
摘要：结构设计的合理性关系到建筑的安全可靠性。本文根据工程案例，对某高层住宅结构设计进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：剪力墙结构；计算；设计措施
一、工程概况
某高层住宅地上51层，地下2层，高宽比为8.8，场地类别II类，设防烈度6度。首层层高4.2m，2层层高3.9m，3层～屋面层为标准层，层高3.0m，机房层层高3.6m；屋顶层标高155.1m，室外地面标高-0.300，房屋高度155.400m。房屋平面为呈150度角的折线形，长轴尺寸为68.4m，短轴尺寸为17.8m，标准层平面如图1所示。
图1 建筑标准层平面图
二、结构体系
本高层结构体系为剪力墙结构，由剪力墙承担风荷载和地震产生的水平荷载。结构高度155.4m，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）规定的A级高度15.400m，属于B类高层；结构等效宽度17.8m，高宽比高达8.8，远大于《高规》规定的最大高宽比6。本工程结构高度高、高宽比大，非常不利于承受风荷载和水平地震荷载，为满足位移和剪重比的要求，结构需要布置较多的剪力墙，结构的经济性较差。在剪力墙布置时，我们尽量加强建筑周边剪力墙，提高剪力墙效率。标准层剪力墙布置如图2所示，剪力墙厚度400～200，剪力墙混凝土强度C40～C30。
图2 标准层结构平面图
根据场地岩土层工程地质条件和上部结构荷载特点，基础采用桩筏基础，桩采用直径800的混凝土灌注桩，筏板厚度2.5m。
三、结构超限情况及抗震性能目标
本工程竖向构件上下贯通，竖向刚度和承载力没有突变，没有过大的外挑和内收，属于竖向规则结构。本工程平面没有大的凹凸；楼板没有大的开洞，楼板没有不连续；层最大弹性水平位移与平均值的比值为1.35，大于1.2，属于扭转不规则建筑。本工程除扭转不规则外平面和竖向基本规则。
《高规》规定的剪力墙结构A类高层建筑最大高度140m，本工程结构高度155.4m超过限值15.4m，为B类高层。另外本结构高宽比达8.8，从结构及经济性看均较为不利。
根据结构高度超限、高宽比较大的特点，我们把性能设计目标定位：竖向构件（剪力墙和柱子）达到《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中性能3的要求，水平构件（梁板）达到性能4的要求。
根据性能设计目标，在第一水准地震（小震）作用下，结构处于弹性状态；在第二水准地震（中震）作用下，剪力墙、柱抗弯不屈服，剪力墙抗剪承载力满足弹性阶段设计要求。其他构件允许出现塑性较，修理后可以继续安全使用；在第三水准地震（大震）作用下，底部剪力墙部分进入屈服，但层间位移满足《建筑抗震设计规范》中等破坏要求，整个结构不倒塌，剪力墙受剪承载力按截面控制。
四、设计措施
根据结构超高和高宽比超大的特点，我们主要采取了这些加强措施：按《高规》要求对剪力墙抗震等级采用二级；在底部加强区加大墙体配筋，墙体配筋率不小于0.5%；底层剪力墙轴压比不大于0.5；约束边缘构件向上延伸至轴压比小于0.30处；考虑到高宽比较大，在结构宽度较小处加大板厚增加结构整体性；根据PUSHOVER分析，在最顶上5层的Y向剪力墙适当加大配筋率。
五、结构分析及主要计算结果
（1）结构弹性分析
本工程采用SATWE和ETABS软件对结构进行弹性分析。结构高宽比大、周期长，所有楼层剪重比均满足规范要求较为困难。为满足《高规》对剪重比的要求保证结构安全，结合结构的弹性时程分析结果，对全楼的地震剪力放大1.35倍。放大后X向地震作用下结构的底层剪力：9144.54KN，剪重比：1.00%；YY向地震作用下结构的底层剪力：8824.40KN，剪重比：0.97%。
结构前7阶自震周期及阵型系数如表1所示。SATWE计算结果与ETABS结果基本一致，ETABS周期比SATWE结果略小，这可能与刚度折减有关。第一扭转周期Tt与第一平动周期T1的比值为0.71（SATWE结果）满足《高规》中的相关要求。
六、结语
工程项目采用全剪力墙结构，经过多模型多软件的计算分析表明本工程在高度超过规范限值的情况下，采取一定的抗震措施，能够满足小震、中震和大震下的性能目标，结构具有有足够的刚度和延性。大高宽比结构除按普通高层结构加强底部剪力墙外，应特别注意到结构弱向剪力墙在大震下顶部诺干层会出现塑性铰，因此还应对顶部剪力墙适当加强。最后必须指出，结构大宽高比的特点使结构的剪重比和位移难以满足规范要求，导致结构剪力墙偏多，从使用上和经济上都不合理。
作者简介：
陈芳勇，1975年9月16日出生，男，汉族，江西高安人，毕业于福州大学，现从事钢筋混凝土结构设计工作。
论文作者:陈芳勇
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/11
标签：结构论文; 剪力墙论文; 荷载论文; 工程论文; 剪力论文; 高宽比论文; 高度论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;