某超限项目结构设计与分析

某超限项目结构设计与分析

发表时间：2019-06-20T14:53:49.167Z 来源：《建筑细部》2018年第24期作者：刘海涛

[导读] 本文着重介绍结构概念设计；薄弱部位的性能设计和计算分析；提出薄弱部位的构造加强措施。

广东.深圳 518001

摘要：本项目位于广东省广州市，抗震设防烈度为7度（0.1g），结构高度82.95米，为A级的高层建筑，采用钢筋混凝土剪力墙结构，存在扭转不规则、凹凸不规则，楼板不连续和构件间断等不规则项，属于超限高层建筑。针对该项目特点，结合建筑方案需求，对结构平面布置和薄弱部位进行了分析探讨。本文着重介绍结构概念设计；薄弱部位的性能设计和计算分析；提出薄弱部位的构造加强措施。

关键词：超限高层；概念设计；性能设计；构造加强措施

1、工程概况

本项目位于广州南沙黄阁镇黄阁大道南东侧。抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，I1类场地；风荷载标准值为0.65KN/m2，地面粗糙度为B类。

项目地上有6栋高层住宅楼、10栋低层住宅及相关配套幼儿园、垃圾站等，局部设两层地下室，其中15、16号住宅地上28层，其中首层层高5.1m，标准层层高2.8m。15#住宅总面积 10893.08㎡，16#住宅总面积 10929㎡，其中奇数层标准层面积340.07㎡，偶数层标准层面积489.93㎡。建筑屋面标高83.0m。总平面效果图如图1所示。

图2.1 偶数层平面布置图

图3.2 16号楼基础平面

4、超限分析

4.1 超限情况及抗震性能目标

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对结构超过相关规范规程的条款进行检查，存在以下不规则项：

（1）在考虑偶然偏心地震作用规定水平力下，少数楼层扭转位移比超过1.20，属于扭转不规则。

（2）平面凹凸尺寸大于相应边长30%，属于凹凸不规则。

（3）地下室顶板转换，竖向抗侧构件不连续，属于构件间断。

（4）开洞面积大于30%，属于楼板不连续。

不规则项超过3项，本工程属于超限高层建筑，需要做超限设计。根据工程的超限情况及所在地区，选定抗震性能目标为广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15-92-2013）中所提及的C级：多遇地震下满足第1性能水准的要求；设防地震下满足第3性能水准的要求；罕遇地震下满足第4性能水准的要求，各性能水准结构预期的震后性能状况见表4.1.1。本项目依据规范及建设单位要求，设定各构件的性能目标详表4.1.2。

表4.1.1各性能水准结构预期的震后性能状况

表中的中震“弹性”指的是截面承载力验算中，内力组合采用设计值且不考虑与抗震等级有关的内力增大系数，材料强度采用设计值，承载力抗震调整系数按规范取值。采用的验算公式按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）的公式3.11.3-1，即

由上述图表可见，所选三组地震波结构第一阶振型的周期点上相差19%，第二阶振型的周期点上相差14%，第三阶振型的周期点上相差9%，均小于20%。

三组地震波X向、Y向计算基底剪力平均值分别为CQC计算结果的84%和87%，大于CQC计算结果的80%，不大于120%；每条波计算所得结构底部剪力不小于CQC计算结果的65%，不大于135%。

楼层最大层间位移角比较接近且均小于CQC法计算值。由此可见，弹性时程分析结果与CQC计算结果整体符合较好。

在地震剪力放大结果中，CQC法计算结果与时程分析法计算结果稍有偏差，仅在顶部少数楼层存在时程分析较CQC法大的情况，将在施工图阶段对顶部楼层剪力进行放大。

4.3 中震计算分析

4.3.1中震整体指标

（1）本结构在中震作用下X向和Y向的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值分别为7.31和3.06，中震基底剪力X向为14087.35 KN，Y向为15439.09KN，分别为小震的2.799倍和2.81倍，满足预期要求。

（2）最大层间位移角（除出屋面层）在中震作用下：X向1/883，位于结构的18层，Y向1/1065，位于结构的16层，均满足预定性能

水准要求。

4.3.2 经对比构件在小震、中震作用下的计算结果可知：

（1）框支柱、转换梁设计配筋均由小震组合风荷载控制；

（2）剪力墙抗弯承载力基本均为中震控制，仅局部楼层极少数由小震控制；

（3）剪力墙抗剪均由小震控制；

（4）连梁、框架梁受剪承载力均满足不屈服的要求，且对比在小震、中震作用下的计算结果可知抗剪由小震控制。

汇总于下表4.3.2.1：

表4.3.2.1 构件性能分析结果

5、地震作用下楼板应力分析

楼面结构体系是传递竖向荷载和水平荷载的重要组成。竖向荷载主要通过板传递给楼面梁，再通过楼面梁将竖向荷载传递给剪力墙和柱向下传递；同时，楼面系统联系着各墙柱，是水平作用下结构体系变形协调、发挥结构空间整体性能的重要构件。

采用ETABS进行楼板应力析，针对分析结果局部板厚加强以后，给出上述荷载效应组合下典型楼层的楼板应力结果。中震作用下楼板应力分析结果见图5.1，大震作用下楼板应力分析结果见图5.2。

图5.2 大震作用下L2层楼板、应力云图（MPa）

由以上分析可知：

（1）在中震作用下，绝大部分楼板应力小于混凝土抗拉强度2.01的限值；每个楼层仅有几个单元楼板应力显示结果较大，施工图设计中对相关区域配筋适当加强。楼板在中震作用下处于良好工作状态，可满足在地震下的传力及协调变形的需求；

（2）在大震作用下，楼板中部局部区域混凝土破坏严重，薄弱连接狭长带处应力小于混凝土抗拉强度2.01MPa，结构标准层核心筒与周边基本能保证整体传力。

6、结论

（1）采用两个不同的弹性分析程序YJK和MidasBuilding进行分析对比，互相校核结果，确保结构整体计算指标准确可靠，确保构件分析条件一致。计算结果表明小震各项指标满足规范要求。

（2）采用YJK进行小震弹性时程补充分析，输入YJK地震波库提供的一组人工波和两组天然波，按三条地震波地震剪力包络值对应CQC法得出各层剪力放大系数，带入原CQC模型计算，结果作为配筋计算的依据安全可靠。

（3）采用YJK对剪力墙进行中震拉应力复核，结果表明结构在中震作用下墙底拉应力均小于混凝土抗拉强度标准值。

（4）采用YJK进行中震抗剪弹性、抗弯不屈服判别，计算墙、转换梁柱的抗弯和抗剪承载力。计算结果表明，底部加强部位剪力墙、框支框架、非底部加强部位剪力墙均能达到中震压弯不屈服和抗剪弹性的性能目标。

（6）经过对关键构件转换柱、转换梁PM相关曲线复核，结构转换构件均能够保证压弯不屈服和抗剪弹性；对转换梁中震下应力分析校核，结果能满足中震弹性要求。

（7）用MidasBuilding进行了结构在大震作用下的静力弹塑性分析。表明结构在大震作用下梁出现中度损伤；部分剪力墙在大震作用下出现了轻微的损伤，少部分出现了中度损伤；转换梁、转换柱在大震作用下仅少量出现了轻微的损伤。局部剪力墙小墙肢显示薄弱部位，针对其增加了厚度。最大层间位移角小于1/120，满足规范要求。

综上所述，本项目在采取加强措施后可以完成设定的抗震设防三水准目标且有一定的安全储备。

参考文献：

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2016.

［2］JGJ 149-2017 混凝土异形柱结构技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2017.

［3］JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［4］高立人，方鄂华，钱稼茹编著.高层建筑结构概念设计［M］.北京：中国计划出版社，2005.

作者简介：

刘海涛（1980年10月），男，山东省，汉族，本科，研究方向：结构工程。