中信建筑设计（海南）研究院有限公司 海南海口 570208
摘要：本文介绍金城新天地1、2#楼结构体系、平面不规则特点，超限高层，分别采用SATWE和PMSAP结构软件进行一系列的计算分析，中震不屈服设计和大震Pushover分析，并依据分析结果对相应的主要构件及部位进行正确、认真的设计，有针对性的适当加强抗震措施，以确保本结构具有可靠的抵抗竖向重力荷载、风荷载及地震作用的能力，使结构具有良好的性能。
关键词：超限高层；弹性时程分析；大震Pushover分析
1 工程概况
本工程项目建筑用地面积54782.22m2，总建筑面积为218894.0m2，其中地下建筑面积29920.62m2。本工程地面建筑由2栋30层的商住楼、3栋31层高层住宅和1栋4层商铺组成，地下1层设有地下车库、人防地下室和设备房等配套设施。
本超限文本为1号楼的超限内容，A段地上30层高层住宅及3层商业裙房，地下1层地下室，地上面积为29243.6m2，结构总高度为94.350m，抗震设防类别为丙类。
2 设计条件及结构体系
2.1设计条件
根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001），本工程的设计基准期为50年，结构的设计使用年限为50年。本工程建筑结构安全等级为二级，建筑结构防火等级为一级；地基基础的设计等级为甲级。
本工程抗震设防烈度为8度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.3g，抗震设防分类为丙类。
基本风压为0.75KN/m，承载力设计时按基本风压的1.1倍采用，地面粗糙度类别为B类。
根据《金城新天地工程场地地震安全性评价报告》，安评反应谱参数与规范反应谱参数对比如表2.1所示。
图2.2 地震影响系数曲线（小震）
2.2 结构体系及布置
根据建筑物的总高度、抗震设防烈度、建筑的用途等情况，本工程采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构。结合建筑功能需要
1）结构抗侧移刚度等在建筑外围、转交、楼梯、电梯等位置设置剪力墙，墙体厚度为200~400mm。
2）加强薄弱部位连廊板配筋，来抵抗连廊两边楼层变形不均时的应力差引起的开裂。
3）楼梯、电梯附近楼板相对薄弱，除与建筑协调，尽量减少凹入尺寸及开洞，以避免楼面削弱过大外，此部分楼面加厚至h＝150mm并双层双向配筋。
3 结构超限类型和程度
参照《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）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2010的有关规定，结构超限情况说明如下。
1）本工程建筑物高94.350米，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2010第3.3.1条：剪力墙结构8度（0.3g）B级高度钢筋混凝土高层建筑适用的最大高度为110m，本工程属B级高度超限结构。
2）考虑偶然偏心地震作用下的扭转位移比大于1.2，属于扭转不规则
3）平面凹凸尺寸大于相应边长的30%，属于平面凹凸不规则。
综合以上，本工程采用现浇混凝土剪力墙结构，存在2项一般不规则，无特别不规则，属较规则的B级高度的超限高层建筑。
4.抗震性能目标
结合超限情况，本工程结构抗震性能目标定位为D级，见如下：
5.2 结构的弹性时程分析
5.2.1 地震波选取
本工程为B级高层建筑，抗震设防烈度为8度，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.1.13条规定，应采用弹性时程分析程序对建筑物在多遇地震作用进行补充验算。采用SATWE进行弹性动力时程分析，输入地震波为五组实际地震记录和二组场地合成人工波。进行弹性动力分析时按8度地震Ⅱ类土，50年时限内超越概率为63.2%（小震），阻尼比为0.05考虑。
5.2.2 计算结果分析
采用SATWE进行弹性动力时程分析所得的各项结果如下表5.2所示：
由以上表格及曲线图可以看出：
（1）弹性时程分析所选择的地震波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对于于结构主要振型的周期点上相差不大于20%；每条地震波计算的基底剪力不小于振型分解反应谱法的65%，且各地震波计算结果的平均值不小于反应谱法的80%，符合《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第4.3.5条的规定；
（2）规范振型分解反应谱法计算所得的楼层剪力、楼层位移、和层间位移角均大于或接近弹性时程分析所得的平均值，规范反应谱法的计算结果在弹性阶段起控制作用；但在高楼层处存在时程分析计算的地震波平均剪力比振型分解反应谱法稍大情况，对这些楼层施工图设计时，将振型分解法的地震作用适当放大，使其能基本包络时程分析的结果；
（3）楼层位移曲线以弯曲型为主，无突变，结构抗侧移刚度较为均匀，层间位移角曲线较平滑，无明显突变，结构竖向刚度较均匀，无明显薄弱层存在。
6 .设防地震（中震）作用下结构构件抗震性能验算
1．按照指定的性能目标要求，采用SATWE软件进行计算，中震等效弹性分析时不考虑地震组合内力调整，荷载分项系数、抗震承载力调整系数取1.0，材料强度采用标准值，不计风荷载，阻尼比采用0.06，水平最大地震影响系数取0.68，连梁折减系数取0.04，场地特征周期Tg=0.35s，考虑偶然偏心，不考虑双向地震作用。
2.由计算结果可知1）底部加强区抗剪承载力均能满足要求，部分剪力墙墙肢抗弯屈服，在暗柱内增设小型钢或增大墙肢竖向配筋率等措施一满足要求。
2）非底部加强区抗剪均能满足规范要求
3）部分连梁抗弯进入屈服状态，
综以上结果表明，结构在中震作用下主要构件可以满足规范要求。
6.1中震剪力墙拉应力验算
底部加强层剪力墙在中震作用下γ（剪力墙拉应力与砼抗拉强度标准值的比值）计算结果见图6.2-1，由计算结果可知部分底部加强层剪力墙在中震作用下出现较大拉应力，针对这种情况，当γ大于1时，要求在墙体内部设置型钢或提高其竖向配筋率以抵抗拉应力。
图6.2-1 中震作用二层剪力墙拉应力比
7大震作用下的计算分析
7.1 大震等效弹性分析
大震作用下的地震作用影响系数为1.2，场地特征周期Yg=0.45s，连梁折减系数=0.3，阻尼比=0.07，经过采用SATWE软件进行验算，结果如下：根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.地3.11.3.4条要求，大震下底部加强区剪力墙墙肢受剪截面满足规范剪压比要求。
7.2大震作用下静力弹塑性分析
按规范要求的“大震不倒”的抗震设防目标，采用PUSH&EPDA程序对建筑物在罕遇地震作用下进行静力弹塑性推覆分析。
7.2.1 Pushover的简要结果
大震下静力弹塑性分析所得的性能点处相关指标如表7.1所示。
7.3 Pushover计算结果分析
1．在罕遇地震作用下，结构具有较大的承载力和较好的延性且结构无薄弱层存在，性能点最大层间位移角为1/170，小于规范要求的1/120，建筑物可实现“大震不倒”的抗震设防目标。
2. 通过Pushover计算结果分析可知，在性能点处，大震作用下连梁大部分开裂，刚度退化明显，说明连梁起到了耗能作用；在推覆一侧，部分剪力墙出现裂缝，局部剪力墙出现整墙破坏，主要为面外拉弯损坏，未发生剪切破坏。施工图设计时将通过提高边缘构件的配箍率、墙体竖向钢筋配筋率、埋置型钢等措施以提高墙体的抗拉强度和延性。
8 超限处理主要措施
8.1 设计和构造措施
1．本工程中剪力墙是主要的抗侧力构件，所以应该提高关键部位墙肢的延性，使抗侧刚度和结构延性更好地匹配，达到有效地协同抗震。
底部加强区剪力墙抗震等级为一级，墙身竖向分布筋配筋底部加强部位最小配筋率提高为 0.40％；约束边缘构件竖筋最小配筋率为1.2％。
2．楼梯、电梯周边楼板加厚至150mm，采用双层双向配筋，以减少开洞对楼板刚度的影响。
3. 对连梁等耗能构件，在剪力较大处设置交叉筋或型钢提高其耗能能力。
8.2计算手段
1．设计时分别采用两个空间结构分析程序SATWE和PMSAP进行计算，考虑扭转耦联和偶然偏心地震作用；对两个计算程序的计算结果进行详细分析，以保证计算结果的可靠性。
2．按规范要求，选用7条地震波对结构作弹性时程分析，并将结果与反应谱分析结果相比较。
3. 对底部加强层周边剪力墙进行中震不屈服及其拉应力验算，了解其抗震性能，并采取相应加强措施。
4. 对结构进行罕遇地震下的Pushover分析，以确定结构是否满足第二阶段抗震设防水准要求，并对薄弱构件制定相应的加强措施。
9 结论
1）本工程结构体系为剪力墙结构，属于B级高度超限高层建筑，我们在设计中充分利用概念设计方法，认真仔细的调整结构布置方案，使结构布置与建筑功能统一，达到结构合理、安全、经济。准确建立主体结构空间三维分析模型，合理选择参数，分别采用SATWE和PMSAP结构软件进行一系列的计算分析，并依据分析结果对相应的主要构件及部位进行正确、认真的设计，有针对性的适当加强抗震措施，以确保本结构具有可靠的抵抗竖向重力荷载、风荷载及地震作用的能力，使结构具有良好的性能。
2）由以上各项分析结果表明本结构具有良好的抗侧及抗扭刚度，结构扭转周期比、扭转位移比，层间位移比等多项重要指标均能满足现行规范的相关要求，因此可得知本工程在通过合理的结构设计和采取适当的抗震加强措施后能达到规范要求的“小震不坏、中震可修、大震不到”的抗震设防目标。结构是可行且安全的。
论文作者:符策强
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/3
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