浅谈某超高层住宅楼结构设计

2021年第6期（总第402期
）
浅谈某超高层住宅楼结构设计
张
锟（山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司，山西
太原030000）
摘要：通过对超高层超限工程的计算分析，确定结构设计的基本参数，仔细判定超限情况，采用相应软件补充计算，完成各项指标的验算，并针对结构超限制定抗震加强措施。

关键词：超高层；超限；抗震性能
1建筑概况
本工程为一栋住宅楼，由3层地下室，40层地上组成。

总建
筑面积30959m 2，地下建筑面积1933m 2，地上建筑面积29026m 2，地下部分为3层地下室：其中地下一层为设备层，层高2.15m ；地下二、三层为储藏间，层高3.6m ；地上部分为住宅，层高3.0m ，结构体系为剪力墙结构。

基础形式为桩筏基础。

2
设计依据
a.业主提供的设计任务书；
b.建筑专业提供的建筑平、立、剖面图纸；
c.太原市建筑设计研究院提供的《融创外滩壹号项目1.2期岩土工程勘察报告（详勘阶段）》；
d.《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》（建设部令第[2015]111号）；
e.《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67号）；
f.《山西省超限高层建筑工程抗震设防界定规定》（晋建质字[2018]272号）；
g.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016年版)等现行
相关国家规范。

3主要设计准则3.1
结构基本设计参数
建筑结构安全等级：二级；周期折减系数：0.95；设计基准
期：50年；结构重要性系数：1.0；抗震设防类别：丙类；建筑高度类别：B 类；高宽比：8.1；基础设计类别：甲级；抗震设防烈度：8度；设计地震分组：第二组；抗震措施：按8度要求；设计基本地震加速度：0.2g ；场地类别：III 类；特征周期：0.55s ；水平地震影响系数最大值：0.16；小震阻尼比：0.05；中、大震阻尼比：0.06、0.07；嵌固层位置：地下室顶板(±0.000)。

3.2
底部加强区高度
剪力墙底部加强区高度为地下室顶板至墙体高度的1/10，本项目为1~5层。

过渡层为6,7层。

3.3
扭转周期比
结构第一扭转周期T t 与第一平动周期T 1之比不应大于0.90。

计算周期比时不考虑质量偶然偏心的影响，本工程平动周期扭转成分小于15%；
注：抗震设计时，楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。

3.4
位移比控制
在规定水平地震力作用下，考虑偶然偏心影响，结构楼层水平位移和层间位移不大于该楼层平均值的1.4倍。

3.5整体稳定指标
高层建筑结构的整体稳定应符合《高规》5.4.4（1）要求。

3.6
竖向构件轴压比限值
抗震等级特一级，一级，二、三级，剪力墙轴压比分别不大于0.48,0.50，0.60。

3.7
计算软件
北京盈建科软件有限责任公司YJK 建筑结构计算模块，版本为1.9.1.0；MIDAS building （版本2016）。

4荷载选择
4.1
楼面、屋面荷载，按规范取值
门厅，走道，4.0；机房，3.5；首层楼面（按±0.00考虑），5.0；卫生间、阳台，2.5；住宅客厅、卧室、厨房，2.0；上人屋面，2.0；不上人屋面，0.5（单位：kN/m 2）。

4.2
规范地震作用
小震地震动参数按抗震规范取值，小震作用下阻尼比取0.05，地震影响系数αmax 取0.16.相关参数见表1。

4.3
中震（大震）不屈服
在中、大震作用下，构件承载力设计满足“屈服承载力设计”，与弹性计算不同的是，计算中可不考虑风荷载效应组合和地震内力调整，材料强度使用标准值，荷载分项系数和抗震承载力调整系数均取1.0。

5工程地质条件5.1
地质概况
土层从上到下依次为填土、粉砂、粉土、粉砂、粉质黏土、中砂、粉土、细砂、中砂、粉土、圆砾、粉土。

5.2
场地地下水
水位标高介于785.15m ～786.45m 。

根据区域地质资料，水
表1相关地震参数取值
中图分类号：TU355
文献标识码：B
文章编号：1001-6945（2021）06-095-02
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位随季节性变化幅度约+1.00m 。

抗浮水位标高按787m 考虑。

5.3
建筑抗震地段划分
建筑场地属于建筑抗震不利地段，场地属于严重液化场地，非湿陷性场地。

6基础设计6.1
基础选型
本住宅楼层较多，基底压力较大，需要的单桩承载力较高，且本场地属于严重液化场地，因此，采用钢筋混凝土后压浆灌注桩-筏板基础。

桩为筏板下满布，桩径800，有效桩长47m ，桩端持力层在第13层粉土层，筏板板厚1.8m 。

竖向荷载通过筏板传递给桩基。

6.2
桩基承载力计算
本工程拟建场地属严重液化场地，液化土层主要为第2层粉砂，第3层粉土，第4层粉砂层，基础位于第2层粉砂层，基础底标高下液化土层厚度最深6.3m 。

工程桩计算考虑液化折减，基底以下液化折减系数为0。

单桩承载力特征值为5150kN （考虑液化折减），根据桩基有限元计算结果，非地震荷载作用下最大桩反力为4919kN ，平均反力为4286kN ；地震荷载作用下，最大桩反力为6100kN<1.5×5150kN ，平均反力为4045kN ，满足规范要求。

本工程高宽比超限，在罕遇地震作用下，单桩压力、拉力均小于单桩竖向抗压，抗拉承载力极限值的0.9倍（承载力考虑地震放大系数1.5倍）。

6.3
基础沉降
根据初步计算的结果，在准永久荷载作用下，本工程总沉降量最大值为33mm ，最小沉降量为23mm ，最大值和最小值处整体倾斜为0.0004<0.002，沉降量和整体倾斜可以满足规范要求。

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结构选型
项目高度120.15m ，地下3层，地上40层，设防烈度8度，采用剪力墙结构体系。

8超限情况判定及对应措施8.1
本工程存在三个超限内容
高度120.15m ＞100m,B 级高度高层建筑。

凹凸不规则：凹进尺寸占相应边长42.3%＞30%。

高宽比：8.1＞7.8.2
针对超限所采取的措施
根据上述超限情况，本工程结构设计中采用如下加强措施：a.设计时对主体结构采用YJK 和Midas/building 两个不同力
学模型的结构分析软件进行整体计算，对比分析结构周期、层间位移角、位移比、剪重比、刚重比等计算结果，通过结果比较，判断结构整体计算的合理性，及关键构件计算的准确性。

b.采用YJK 及Midas/building 进行振型的模态分析，复核结构动力特性，更准确地反映高阶振型对地震效应的影响。

c.补充弹性动力时程分析，地震效应采用加速度反应谱与时程分析包络值进行设计。

d.针对超限情况，将底部加强区的竖向构件设为关键构件。

计算上采用盈建科软件进行了中震、大震下等效弹性分析、罕遇
地震下的弹塑性时程分析，保证关键构件及耗能构件满足中震及大震下的性能目标。

e.根据性能目标的设定采取相应的加强结构构件延性及构
件配筋率等构造措施。

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针对结构超限的抗震加强措施
本工程的抗震设防性能目标定为C 级，丙类建筑，结构安全
等级为二级，剪力墙抗震等级为一级，中震时出现小偏心受拉的剪力墙按特一级构造。

根据性能目标的设定，采取比规范更严格的配筋构造，提高结构在罕遇地震作用下的抗震性能。

针对中、大震薄弱部位的加强，增强构件延性，采用高性能混凝土，控制底部墙体轴压比不超过0.5，并适当增大墙体配筋率。

对出现拉应力的墙肢，通过设置型钢混凝土边缘构件，提高构件延性。

对于中震标准值作用下出现偏心受拉的构件，边缘构件纵筋配筋率增大至1.4%；
受拉区延伸至底部加强区部位以上时，将外墙约束构件延伸至该层，相应墙身配筋率不小于0.4%，并将约束边缘构件延伸至剪力墙轴压比大于0.3的楼层；凹进部位相邻两侧楼板板厚120mm ，配筋双层双向设置；东南角的阳台处最外侧剪力墙为丁接，将此阳台推拉门处的墙也设置为剪力墙，以提高此处抗震性能。

为提高连梁的斜截面受弯承载力，中、大震分析下损坏严重的连梁增设两道交叉斜向钢筋或交叉暗撑。

根据大震弹塑性时程分析结果，对于部分大震时损伤较大的墙肢（如Q5，Q2等）采取加大边缘构件及墙体分布筋配筋率（底部加强部位0.4%，一般部位0.35%）的措施，提高抗震性能，减小损伤程度。

部分楼盖加强构造：电梯、楼梯等开洞周边楼板加厚至不小于130，配筋双层双向拉通设置。

针对高宽比超限，在罕遇地震作用下，单桩压力、拉力均小于单桩竖向抗压，抗拉承载力极限值的0.9倍（承载力考虑地震放大系数1.5倍）。

10
结语
本工程采用剪力墙结构体系，把概念设计和抗震性能化设计方法相结合，采用多种计算程序进行了弹性和弹塑性的计算，对结构的体系和构件布置进行了详细分析，针对结构中的薄弱环节进行针对性加强，使得各项指标均满足规范及预设性能目标的相关要求。

综上所述，本工程结构除能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外，抗震性能目标满足C 级的要求，整体结构合理有效，并且安全可行。

参考文献：
[1]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].[2]GB50011-2010,建筑抗震设计规范（2016年版）[S].[3]
山西省超限高层建筑工程抗震设防界定规定.（晋建质字[2018]272号）[S].
收稿日期：2021-3-29
工
程设计
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