超高層建筑結構設計探究

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1工程概況

項目位于廣州市海珠區，地下建筑面積20110.0m2，地上建筑面積18777.1m2。本工程為A級高層建筑，塔樓地面以上42層，首層為商業裙房，地下1層，平時主要為停車庫及設備用房。本工程建筑物高127.450m，高寬比6.3，按照《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3－2010）第3.3.1條：全部落地現澆鋼筋混凝土剪力墻結構7度A級高度鋼筋混凝土高層建筑適用的最大高度為120m，B級高度鋼筋混凝土剪力墻高層建筑適用的最大高度為150m，本工程屬B級高度超限高層建筑。根據建筑單體的樓層總高度、抗震設防烈度、建筑使用用途等情況，塔樓采用了現澆鋼筋混凝土剪力墻結構體系，剪力墻厚度由底部400~300mm向上逐步收至200mm。在抗震設計中，采用PKPM和YJK程序對結構進行了彈性、彈塑性計算分析，除保證建筑結構在多遇地震作用下完全處于彈性工作外，還補充了關鍵構件（剪力墻、連梁和框架梁等）在中震和大震下的驗算。計算結果表明，各項指標均表現良好，滿足規范的有關要求。

2結構整體計算

2.1彈性階段計算分析。彈性階段設計采用YJK計算，并與SATWE對比，共45個結構層，模型7層梁板為結構5層梁板。以水平力與整體坐標夾角為0°、90°時，剛性樓板假定計算時的主要計算結果見表1。YJK與SATWE模型總質量、第一、第二平動周期、第一扭轉周期基本相同，誤差均不超過4.0%；有效質量系數均大于90.0%，滿足規范要求；兩模型各主要計算參數基本相同，風荷載作用下X方向最大層間位移角為1/1930，Y方向最大層間位移角為1/825。2.2彈性時程分析。采用YJK進行彈性動力時程分析，選用地震波為多遇地震的5組天然波（由地震安全性評價報告提供）和2組人工波，計算分析時按7度地震Ⅱ類土，50年時限內超越概率為63.2%（小震），結構阻尼比為0.05，以水平力與整體坐標夾角為0°和90°時，基底最大剪力及最大層間位移角（1）時程分析結果均滿足平均底部剪力不小于CQC振型分解反應譜法結果的80％，每條地震波底部剪力不小于CQC振型分解反應譜法結果的65％的條件。（2）所采用CQC振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線與時程曲線的平均地震影響系數曲線在統計意義上相符。施工圖設計時，取振型分解反應譜法分析結果與彈性時程分析結果二者的包絡值對結構進行設計。2.3結構中震驗算。本工程關鍵構件（底部加強區剪力墻、部分連梁、部分框架梁）的正截面承載力以及其他構件的承載力驗算按中震抗彎、抗剪不屈服的計算方法計算：中震不屈服計算方法即計算中不考慮地震組合內力調整，荷載作用分項系數、材料分項系數和抗震承載力調整系數均取為1.0。采用規范反應譜計算設防烈度地震作用，阻尼比ξ=0.05，水平最大地震影響系數αmax＝0.23，如表3所示。結論：底部加強區剪力墻和普通剪力墻滿足抗彎、抗剪不屈服；剪力墻連梁大部分屈服，滿足抗剪截面驗算要求；框架梁在4、10、25、35存在部分屈服，但均滿足抗剪截面驗算要求；局部關鍵部位框架梁抗彎屈服、抗剪不屈服。2.4彈塑性時程分析。運用PUSH&EPDA軟件對結構單體進行彈塑性分析，并補充建筑單體在大震作用下靜力彈塑性推覆分析（Pushover）。建立有限元模型，模型包含梁、柱、剪力墻等構件，按照小震彈性進行設計配筋?？紤]這些構件屈服后的彈塑性性能，對其進行塑性鉸分配。對梁分配彎矩鉸，位置位于梁兩端；對柱分配PMM鉸，位置位于柱兩端；對墻分配位于墻中心的剪力鉸和位于墻上下位置的PMM鉸。罕遇地震作用下，在性能點處，各個方向最大層間彈塑性位移角均小于剪力墻結構層間彈塑性位移角限值1/120，符合《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.7.5條的規定，建筑物可以實現“大震不倒”的抗震設防目標。從塑性鉸圖分布可以判斷，0°方向大震作用下剪力墻端部出現局部損傷，其他未見明顯損傷，90°方向大震作用下剪力墻除了翼緣小墻肢局部損傷，其他未見明顯損傷。說明剪力墻能達到性能目標D的設計要求，即在大震作用下，底部加強區剪力墻和普通剪力墻受剪截面均滿足截面驗算要求。

3結語

本項目為超A級高度建筑，在整體計算結果及構件內力分析中采用了PKPM和YJK兩種程序進行對比分析，衡量計算的合理性及準確性；采用小震彈性時程分析、中震、大震及Pushover作為補充計算，針對相關構件的內力和配筋作出相應的調整。底部加強區剪力墻作為本工程的重要構件和主要的抗側力構件，按中震抗彎、抗剪不屈服性能目標進行設計，對外圍角部剪力墻配筋作適當的加強，增強了構件在地震作用下的延性，達到有效的協同地震。

參考文獻

[1]《建筑抗震設計規范》[（GB50011－2010）.2016.][S].

[2]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3－2010）[S].

[3]《高層建筑混凝土結構技術規程》（DBJ15-92-2013）[S].

[4]《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》[R].粵建市函（2011）580號.

作者:傅悅 單位:廣東省建筑設計研究院