超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例

何建榮

摘要：本文主要通過對廣州某超限高層建筑的基礎(chǔ)選型、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計算分析、構(gòu)造措施等來論述。

關(guān)鍵詞：超限高層建筑；結(jié)構(gòu)；抗震計算分析

中圖分類號：TU973.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0079—02

1工程概況

本項目位于廣州大道西側(cè)，寺右南二街與寺右南二巷交匯處東北角，總建筑面積約6.55萬m²，其中地上46層，地下4層，地面以上高度為175.1m。塔樓采用首層轉(zhuǎn)換的部分框支一剪.力墻結(jié)構(gòu)體系；建筑物抗震設(shè)防烈度7度（0.10g），Ⅱ類場地，抗震設(shè)防類別為丙類，抗震性能目標(biāo)為C級。本工程的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年。本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，地基基礎(chǔ)的設(shè)計等級為甲級。

2結(jié)構(gòu)的超限類型和程度

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點(diǎn)》（2015年版）、《廣東省超限層筑工程抗震專項審查實施細(xì)則》（2016年版），工程的超限情況如下：結(jié)構(gòu)類型符合現(xiàn)行規(guī)范的適用范圍，高度超過“廣東省超限審查細(xì)則表一”規(guī)定限值，屬于超B級高度；存在“廣東省超限審查細(xì)則表二”所列不規(guī)則項的“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向構(gòu)件不連續(xù)”等2.5項不規(guī)則，不規(guī)則項小于3項，不超限；存在“廣東省超限審查細(xì)則表四”所列不規(guī)則項0項。綜上所述：該項目屬于超B級高度的超限高層建筑。

3結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)建筑物的總高度、抗震設(shè)防烈度、建筑的用途等情況，部分結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件不能上下貫通，本工程采用部分框支剪力墻體系，在二層樓面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此保證上部剪力墻能符合住宅戶型布置，同時兼顧下部裙樓、地下室的商業(yè)及停車場功能設(shè)置。轉(zhuǎn)換層布置圖如下圖1所示：

圖l轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置平面圖

本項目設(shè)有四層地下室，根據(jù)建筑功能使用、防水要求，地下室不設(shè)縫；在塔樓區(qū)域南北兩側(cè)各設(shè)置一條沉降后澆帶，并在塔樓范圍外，東西側(cè)各增設(shè)一條后澆帶，同時擬采取相應(yīng)的構(gòu)造措施和施工措施，以減少由于混凝土后期收縮及溫度效應(yīng)引起的混凝土構(gòu)件可見裂縫的產(chǎn)生。

4結(jié)構(gòu)計算分析

由于本工程為超限高層建筑，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第5.1.12條規(guī)定，將采用兩個不同力學(xué)模型的空間分析程序進(jìn)行計算分析，選用北京盈建科軟件有限責(zé)任公司編制的YJK軟件（1.8版）和北京邁達(dá)斯有限公司編制的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件MIDASBUILDING（2014版）。塔樓主要計算結(jié)果

根據(jù)上述計算結(jié)果，結(jié)合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）的要求及結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計理論，根據(jù)模型的計算分析可以得出如下結(jié)論：（1）第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期比小于0.85，滿足《高規(guī)》3.4.5條要求。（2）X方向剪重比有13層，Y方向剪重比有1層不滿足《高規(guī)》第4.3.12條要求，需要進(jìn)行剪力調(diào)整。（3）有效質(zhì)量系數(shù)大于90%，所取振型數(shù)足夠。（4）在風(fēng)荷載和地震作用下，所有樓層層間位移角均小于規(guī)定限值1/533。（5）在偶然偏心地震荷載作用下，按規(guī)定水平力算得的最大扭轉(zhuǎn)位移小于1.30，不屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。（6）結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比滿足《高規(guī)》3.5.2-1條：框架結(jié)構(gòu)，樓層與相鄰上層側(cè)向剛度比值均大于90%；對結(jié)構(gòu)底部嵌固層，該比值不小于150%。（7）樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力，所有樓層均大于其上一層受剪承載力的75%，滿足《高規(guī)》第3.5.3條樓層承載力均勻性要求。（8）結(jié)構(gòu)剛重比D/（G/h）大于1.4，小于2.7，能夠通過《高規(guī)》第5.4.4條的整體穩(wěn)定驗算，但需考慮重力二階效應(yīng)的影響。（9）整體結(jié)構(gòu)的舒適度驗算滿足《高規(guī)》3.7.6關(guān)于結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度限值的要求。（10）墻、柱的軸壓比均符合《高規(guī)》第6.4.2條的要求。

由于YJK、MIDAS軟件的墻體的豎向剖分、彈性板單元剖分及其參與計算等方面不同，使得它們計算的樓層剛度有一定的差別，此外，兩個軟件關(guān)于傾覆彎矩的計算方法的不一致，也會使得傾覆彎矩的計算結(jié)果有較大差異，總體而言，計算結(jié)果基本接近，計算模型比較符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。

5計算措施

本項目分別采用多個空間結(jié)構(gòu)分析程序YJK、MIDASBUILDING等進(jìn)行計算對比，驗算時考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)、偶然偏心和雙向地震的影響；按規(guī)范要求，選用2組天然地震波和1組場地人工波，對結(jié)構(gòu)作彈性時程分析，并將結(jié)果與反應(yīng)譜分析結(jié)果相比較。對關(guān)鍵構(gòu)件框支框架和底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻進(jìn)行中震及大震驗算，了解其抗震性能，并采取相應(yīng)加強(qiáng)措施。采用MIDASGEN軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度內(nèi)力分析，樓板應(yīng)力分析；并采用XTRACT軟件進(jìn)行構(gòu)件截面承載力驗算。采用ABAQUS軟件對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元分析。針對超限情況，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的彈塑性分析，以確定結(jié)構(gòu)能否滿足第二階段抗震設(shè)防水準(zhǔn)要求，并對薄弱構(gòu)件制定相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

6構(gòu)造措施

本工程屬于超B級高度的高層建筑，框支柱和剪力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，設(shè)計中通過提高框支框架及底部剪力墻墻肢的延性，使抗側(cè)剛度和結(jié)構(gòu)延性更好地匹配，達(dá)到有效地協(xié)同抗震。（1）對于剪力墻，其底部加強(qiáng)區(qū)滿足“中震抗彎彈性、抗剪彈性，大震抗彎抗剪不屈服”的要求，設(shè)計時按特一級抗震等級要求，并參考設(shè)防烈度地震下計算結(jié)果配置剪力墻豎向鋼筋，通過提高約束邊緣構(gòu)件的配筋率（大于1.6%）、底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻豎向分布筋配筋率（大于0.6%）等措施提高第一道防線的承載能力。同時底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻軸壓比限值按0.4控制。（2）框支框架按“中震抗彎彈性、抗剪彈性”進(jìn)行性能設(shè)計，設(shè)計時按特一級抗震等級要求，另外，框支柱、框支梁內(nèi)置型鋼，增加結(jié)構(gòu)延性，其中根據(jù)節(jié)點(diǎn)有限元分析，將懸挑轉(zhuǎn)換梁的型鋼鋼號提高到0390。同時框支柱軸壓比限值按0.5控制。（3）首層部分剪力較大以及出現(xiàn)拉力的墻體采用鋼板剪力墻，墻柱縱筋采用機(jī)械連接。

2考慮橫風(fēng)效應(yīng)的影響，風(fēng)荷載承載力計算時，風(fēng)壓在1.1倍的基礎(chǔ)上在放大1.05倍即按0.58kN/m²采用。加強(qiáng)一字形剪力墻暗柱配筋，適當(dāng)增加10%～15%。本工程存在樓板不連續(xù)的不規(guī)則情況，故對樓板進(jìn)行彈性樓板應(yīng)力分析，并根據(jù)計算結(jié)果對樓板邊緣、開洞轉(zhuǎn)角等應(yīng)力集中的地方進(jìn)行加強(qiáng)。

7結(jié)論

綜上所述，本工程是超B級高度建筑物，在設(shè)計中充分利用概念設(shè)計方法，對關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)定抗震性能化目標(biāo)。并在抗震設(shè)計中，采用多種程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性、彈塑性計算分析，除保證結(jié)構(gòu)在小震下完全處于彈性工作外，還補(bǔ)充了關(guān)鍵構(gòu)件在中震和大震下的驗算。計算結(jié)果表明，各項指標(biāo)均表現(xiàn)良好，基本滿足規(guī)范的有關(guān)要求。根據(jù)計算分析結(jié)果和概念設(shè)計方法，對關(guān)鍵和重要構(gòu)件作了適當(dāng)加強(qiáng)，以保證在地震作用下的延性。結(jié)構(gòu)是可行且安全的。