某超限高层住宅结构设计

某超限高层住宅结构设计

摘要：该项目为110米框支剪力墙结构的超限高层住宅，采用satwe及midas building进行弹性时程分析，采用push&epda进行大震下的推覆分析，同时用midas gen进行了楼板的应力分析。通过分析得出结构能满足抗震性能设计的要求，可供同类工程参考。关键词：超限高层；框支剪力墙结构；时程分析；弹塑性分析

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1 工程概况

本工程位于深圳市南山区，总用地面积约2.4万平方米，总建筑面积为12.6万平方米，由两栋25层的高层住宅和三栋32层的高层住宅组成。由于该项目场地为山地且微风化岩石面较浅，a、b、c座无全埋地下室，嵌固端取在基础面，建筑的结构计算高度为110.3米。本文以c座为例进行介绍（图1）。结构设计使用年限为50年，安全等级为二级，结构重要性系数γ。= 1.0，抗震设防类别为丙类，所在地区抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，基本加速度值为0.10g，50年一遇基本风压0.75kn/m2，地面粗糙度类别为c类。

2 抗侧力及竖向承重体系

结构为底部大空间部分钢筋混凝土框支剪力墙结构体系。根据建筑功能要求并结合结构受力的需要，利用电梯井、楼梯间设置筒体剪力墙，标准层墙厚为 200～300mm，转换层周边等局部位置设落地剪力墙，其它位置均为框支墙柱转换墙体，以满足建筑对裙楼及

地下室设计大空间的要求。为减少转换层的上、下层刚度突变，通过计算分析，落地剪力墙及筒体厚度一般在400mm左右，局部设200～600mm厚的墙体。转换层布置见图2。

3 超限判定

依据《高规》（jgj3-2010）及《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109号）规定：1）高度超限：7度区的钢筋混凝土部分框支抗震墙结构超过100米时为超限高层建筑，本塔楼结构计算高度为110.35m，超过限制；2）扭转不规则：较多层考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2；综上所述，本工程为超限的复杂高层建筑，应进行超限抗震专项审查。

4 性能目标确定

“小震不坏，中震可修，大震不倒”是抗震设计原则，本项目结构设计可行性论证是基于抗震设计原则，对建筑整体抗震性能及各构件抗震性能进行评估，通过整体性能分析方法和构件的屈服判别法，使抗震设计原则显得更加具体，并更易量化。根据抗震设计准则、目标及抗震设防类别等细化整体与构件的抗震目标与计算方法，要求：1）对多遇地震计算按常规设计要求考虑风荷载组合，整体结构充分运行与构件弹性；2）对设防地震，按不考虑风荷载效应且不计抗震等级调整地震效应计算，整体承载力按标准值计算。整体结构基本运行，构件承载力按对应构件的性能与计算方法复核；3）对罕遇地震按不考虑风荷载效应且不计抗震等级调整地震效应计算，整体承载力按极限值计算，整体结构不倒塌，构件承

载力按对应构件的性能与计算方法复核。

5 多遇地震结构计算分析

安评报告提供的地震影响系数曲线与规范曲线存在差异，两者的最大地震影响系数αmax和特征周期tg和衰减指数γ取值不同，多遇地震下，规范为0.08、0.35和0.5，安评报告为0.071、0.35和0.373；多遇地震下的地震影响系数曲线对比见图3。可见安评报告的地震影响系数值均小于规范值，因此在多遇地震时，采用规范反应谱进行计算

通过satwe和midas building两种不同空间分析模型进行多遇地震下的计算，考虑风荷载组合作用计算分析，对比所分析的结果基本一致，整体结构可充分运行，整体结构变形及结构构件承载能力均满足相关设计规范要求，各构件均处于弹性状态。说明结构布置与结构计算模型选择合理，符合表8.3.1与表8.3.2中对多遇地震作用下各项性能指标要求，具体详见表1。

计算结果表明：1）三条时程曲线得到的结构底部剪力均不小于振型分解反应谱方法求得的底部剪力的65%，且三条时程曲线计算得到的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱方法求得的底部剪力的80%，也不大于135%（单条波）和120%（平均值），符合规范要求，所选波是有效的。2）所选波作用下结构层间位移分布规律与反应谱基本一致，层间位移分布较均匀，与反应谱结果吻合良好；3）反应谱分析结果的基底剪力不能完全包络三条时程波的分析结果，后续的施工图设计按包络设计，对cqc全楼地震力放

大1.2倍进行配筋计算。

6 设防烈度地震结构计算分析

设防烈度地震设计采用振型分解反应谱法分析，主要参数同小震，场地特征周期取0.35s，设计水平地震影响系数最大值按《安评报告》取0.209，对框支梁柱构件按中震弹性计算，其余性能目标为中震不屈服的构件，构件内力不调整，荷载作用分项系数1.0，材料强度取标准值，抗震承载力调整系数取1.0。

中震不屈服计算结果及与小震的比较详见表3。由表可知，中震下地震剪力及层间位移合理，位移比也在合理范围内。

通过satwe进行中震下计算结果分析表明：1）在中震弹性下，框支柱最大轴压比0.39，落地剪力墙轴压比0.26，其中框支柱配筋率在最小配筋率范围内，落地剪力墙墙体水平筋配筋率均在0.5%左右，框支梁配筋率在0.6%左右，配筋结果均正常、合理；2）在中震不屈服计算中，除个别连梁外，其它构件小震下的配筋均能满足中震不屈服的要求，个别连梁，经用材料极限值复核，可满足中震不坏的要求。

7 罕遇地震下结构分析与设计

采用push&epda软件进行罕遇地震作用下的静力弹塑性推覆分析，push程序是中国建筑科学研究院开发的适用于多、高层建筑的三维有限空间弹塑性静力分析程序，程序的单元库包括梁柱元和剪力墙元两种非线性单元，梁柱等一维构件采用纤维束模型模拟，采用微观方法构造，单元切线刚度直接基于混凝土材料微元和钢筋材

料微元的本构关系。程序给出了直观的杆系单元端部塑性铰判断方法。push计算采用结合框支柱、框支梁及落地剪力墙的性能要求，采用材料的标准强度，场地特征周期0.4s，地震影响系数最大值取0.5。

其大震作用下结构的能力-需求谱曲线及性能点整体破坏图分别见图4、图5。根据分析得出结果如下：1）结构x向、y向的结构能力谱均与地震需求谱相交，表明结构的抗倒塌能力足够，能够抵抗罕遇地震作用，保证“大震不倒”；2）结构在罕遇地震下性能点对应剪力x、y方向分别为20400.7kn和19142.8kn，与弹性状态下x、y方向最大地震力的比值分别为4.0和3.4，push输入地震在合理范围；3）结构在罕遇地震作用下，x、y方向最大弹塑性层间位移角分别为1/312、1/280，均小于规范的1/120的限值。4）结构性能点转换层位移角x、y方向分别为1/1671、1/1828，小于1/500，满足性能要求。

通过以上分析，在施工图阶段，采取加强措施，确保板的抗震性能：1）在核心筒位置加大楼板配筋率同时采用双层双向配筋。2）楼面板配筋在计算竖向荷载作用下配筋的同时考虑罕遇地震作用

产生的楼板拉、压应力。3）在墙头及异型楼板的角点位置附加放射筋，以提高楼面板在罕遇地震下的抗变形能力。

9 结语

通过三阶段抗震计算与分析：1）通过采用两个不同模型的计算程序对结构进行小震作用下的弹性反应谱分析，计算结果基本接