超限高层结构抗震设计分析

超限高层结构抗震设计分析
摘要：某建筑项目结构存在许多不规则的问题，比如平面凹凸、扭转不规则，楼板不连续等，属于不规则超限高层结构，抗震性能需要进一步加强。

本文主要
论述了该项目结构的超限状况及其措施。

关键词：超限高层结构；抗震计算分析；性能化设计；静力弹塑性分析
一、工程概况
建筑共22层，四层裙楼，四层地下室，共95.6米。

采用框架剪力墙结构的
整体结构。

剪力墙主要设置在中心圆筒内，采用双管结构。

周边设置框架柱子，
主要用作商业大厅和办公场所，地下室部分是设备使用，其他部分用作车库。

根
据抗震设防等级划分，将其划分为二级，建筑设计寿命50年，地面面积53000
平方米，按抗震等级划分，划分为丙级。

图1 主楼结构平面布置图
二、结构超限情况判定及性能化设计
根据住建部有关抗震设防文件，该工程存在下列超限：1）扭曲不规则：考
虑到大楼部分楼层的偶然偏心，其扭转变形比例超过1.2;（2）不规则：在北侧
入口一层，由于没有横梁，造成了不规则的变形。

Y方向上的凹陷尺寸为对应边长度的38%;（3）非连续性：2、4层楼板上有大洞，有效宽度比例为41%,47%;4.尺寸突变：结构在5层竖向收缩，收缩高度为20.2%, Y向收缩尺寸比例为
46.7%;5）非连续性：裙房左边有三根裙柱体，在地下室顶部转换；（6）局部不规则：部分贯通层柱。

在北大堂的入口处，四个框架柱子组成了跃层的柱子；（7）塔的偏转：塔的重心偏心率大约是26%。

因此，其主要结构为超限不规则的高层建筑。

从抗震等级、地震地质条件、结构复杂程度、经济指标等方面进行了分析。

该项目的抗震性能指标为 C，其抗震性能指标详见表1。

抗震性能目标表1
三、抗震构造措施分析
除满足规范计算要求外，为提高结构安全性，对不规则结构采取以下结构措施：
部分楼面出现了大面积的洞口，导致了楼面的不连续性。

适当地加固孔洞周围的地板厚度：二层楼厚150毫米，四层大孔洞相邻的楼板厚150毫米。

二、四
层楼面板加固板的配筋应以双层双向12@150为宜。

主楼标准层大开口两边楼板
厚度为130 mm，按规定的弹性薄膜计算，楼面双层双向钢筋不得少于10@150。

同时，对于大开口的楼板，应采用有限元方法进行应力分析。

在此基础上，对受
力大的地区进行了加固。

对洞口附近的横梁进行合理的加固，并对其进行加固。

在隧道入口附近，钢筋混凝土的配筋比例不得低于0.25%。

确保了楼面薄弱处的
承载力与横向承载力的可靠转移。

将跃层柱确定为主要构件，将其抗震级别提升至1级，并将其结构调整为1级，并采取如下措施：1、适当地增强与跃层柱顶部及下部相连的楼层梁的刚度，增大柱顶框架梁的宽度，增强对跃层柱的约束。

2、在施工图设计中，合理地确
定了纵层柱的计算长度因子，并将p-Δ效应引入其中，并将箍筋的全长加密，
以提高其抗剪承载能力。

立柱纵向钢筋要适当加固，纵向钢筋要用机械联结。

对有关楼层的垂直构件进行适当的控制，并尽可能将上下层的比例控制在
1.15以下。

主楼楼板上、下两层楼板的钢筋要适当加固。

地板的厚度不能低于
150毫米。

双向钢筋混凝土的配筋比例不能低于0.25%。

将3~6层、3~4层的外缘框架柱确定为主要构件（上、下层内），并将其抗
震级别提升到1级，抗震构造措施提升为1级。

裙楼顶部和下部的立柱箍筋均采
用高度加密。

在底层加强区域内，将剪力墙作为主要构件，其抗震级别提升到了1级。

同时，对结构进行了抗震加固。

当限制边部件向下延伸到另一层（1-6层）时，剪
力墙的底部加强区域向上延伸到裙楼顶部的上部（1-5层），并且限制边缘部件
向下延伸到地面层。

1.
上部结构计算分析
（一）多遇地震作用下结构弹性整体计算
依据建筑抗震设计规范和混凝土结构技术规程标准，在频繁地震下的计算结
果如下表，两种计算指标基本一致，均满足规范标准要求。

小震弹性整体模型计算结果表 2
（二）设防地震、罕遇地震作用下关键构件验算
本工程主要内容有：底层加固区域剪力墙、跃层柱、大跨度框架柱、主楼相
关楼层框架柱、转换梁柱。

作为实例，对底部加固区域的剪力墙进行了正截面的
不屈服验算，斜截面的中震剪力校核，大震剪力截面校核，墙肢的拉应力校核，
均达到了性能指标的要求。

图2 剪力墙平面布置情况
1.正截面中震不屈服验算
根据性能等级要求，底部钢筋区墙体按设计要求进行中震不屈服验算。

设计
参数设置如下：
用标准的反应谱进行计算，其最大地震作用因子为0.34，而折减系数周期为0.9。

作用分项系数，即分项系数为1.0，承载力的地震调节因子、内力调节因子，分别采用了材料的强度标准和最小的极限。

在此基础上，提出了一种采用增大墙
体纵向配筋率的方法，以改善其抗弯承载能力。

图3 1 层剪力墙中震不屈服、抗剪验算
2.斜截面中震弹性抗剪验算
参照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），墙肢截面抗剪承载力按以下公式验算：当抗剪承载力大于2.5时：
)
≤ 当剪跨比不大于 2.5 时
剪跨比按下式计算：
式中：V为剪力墙墙肢截面剪力设计值，为剪力墙截面有效高度，βc 为混凝土强度影响系数，λ为剪跨比。

中震弹性时墙肢抗剪截面验算表 3
3.大震抗剪截面条件验算
墙肢截面的抗剪承载力应满足大震截面的控制条件，验算条件为l.0d+0.5L+1.0e （大地震）。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3-2010）第3.11.3条第4款，墙肢截面抗剪承载力验算公式如下：
式中：
为剪力墙墙肢截面的剪力设计值； 为剪力墙截面有效高度；
分别为剪力墙端柱中型钢强度标准值及型钢截面积。

中震弹性时墙肢抗剪截面验算 表 4
4.墙肢拉应力验算
在中强地震的经验计算中，在双向地震作用下，1~4层核心筒中的一些剪力
墙拉应力超过了混凝土抗拉强度的标准值，因此应设置型钢。

一些墙肢需要钢肋，以满足墙肢2 =5.7MPa的拉应力极限。

根据计算，底部配筋区（1~5层）剪力
墙设置钢肋，验算结果见表5。

墙肢拉应力验算结果表 5
图 4 1 层以及2~5 层剪力墙钢骨位置示意图
五、结语
根据结构本身的不规则性设定抗震性能目标（D级）。

建筑结构设计过程中，根据具体的不规则现象采用针对性的分析方法及措施。

整体上该建筑结构抗震性
能良好，达到预期的抗震性能目标。

参考文献：
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