浅谈超限结构设计方法及其注意事项

浅谈超限结构设计方法及其注意事项

发表时间：2017-12-06T11:08:51.213Z 来源：《基层建设》2017年第25期作者：陈茂杰[导读] 摘要：随着近些年来我国社会经济和科学技术不断地飞速发展，多种多样的复杂的建筑造型投入实际使用，建筑物也不断突破新的高度。

深圳市碧桂园房地产投资有限公司摘要：随着近些年来我国社会经济和科学技术不断地飞速发展，多种多样的复杂的建筑造型投入实际使用，建筑物也不断突破新的高度。超限的高层结构数量增多，提高了土地资源的利用率，使人们拥有更多的生活和工作空间。超限结构的设计方法对高层建筑的建设至关重要，本文通过解析亲身参与设计的超限项目，浅谈高层建筑中超限结构的设计方法，并提出相应的注意事项。

关键词：超限结构设计方法；高层建筑；注意事项 1.引言

我国社会经济和科学技术的进步，促使建筑行业走向蓬勃发展的局面。高层建筑在社会生活中发挥着越来越多的作用，在全国各地区均有使用。高层建筑的现代化，使设计者设计出了许多新颖个性的建筑结构，具有复杂特殊的平面、立面和体型外观。根据我国目前建筑工程的要求，追求新异的高层建筑在结构方面已经不符合相关标准、规定与规范，属于超限结构，极大地影响了建筑结构的实际性能。超限结构是指结构的高度，平面的规律性和垂直规律性等不符合标准的应用范围，根据现行标准的设计已经不能保证结构的安全性能。当面对自然灾害时，不符合要求的超限高层建筑将可能造成巨大的人员和经济损失。汶川地震、玉树地震等使我们深刻地认识到，建筑结构、抗震等设计方法对建筑的安全性无比重要，对超限高层建筑结构的仔细设计与深入分析十分必要。

2.工程实例介绍

项目位于深圳坪山新区比亚迪路和新合路交汇处。总用地面积16826.91㎡，建筑面积约104264.03㎡。裙房4层为集中商业，A~C座为住宅，D座为办公，地下室两层。其中A~C座为高层住宅，地上均为29层，裙房四层，转换层设在六层楼面，建筑总高度为98.6m。该A~C 三栋为超限高层建筑，须进行抗震设防可行性论证。现仅以A栋为例。

3.超限高层建筑的判定

我国以及部分地方主管部门对于使用钢筋混凝土为建筑材料的高层建筑，关于其最大高度、高宽比、体型规则等制定了具体的规定，发布了《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，同时还说明了达到超限的条件。建筑物超限总体上可以分为五大类：高度超限、规则性超限、新体系新材料超限、混合超限以及大空间超限。同时将高度和规则性进行考虑时，超过规定的界限值，就构成了混合超限。高层建筑结构类型的最大高度、高宽比以及体型规则性的详细规定在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《高层建筑混凝土结构设计规程》中都有所说明。本项目A栋平面布置如下图：

4.4楼板应力分析

对于楼板凹凸较大部位以及大开洞大错层楼板还需进行楼板应力分析。结构标准层楼板局部凹入较大形成细腰部位，楼板面积存在明显减小区域，可能会影响结构在地震作用下各个单元间的整体协同抗震性能，故有必要对楼板面积削弱较大部位中震作用下的楼板应力进行分析，对受力较大部位进行配筋加强，确保楼板有足够的安全性能

5.超限分析的数据处理以及根据计算分析结果进行加强处理。

由于各分析软件的公式取值、输出类型的的不同，这就需要设计分析人员讲不通软件的数据进行处理，得出统一标准下的数据，然后进行对比，这是一个复杂而又繁冗的过程，需要团队成员共同努力。

将处理后的数据进行对比，对于不满足性能目标的构件进行加强，直至满足性能目标。

本项目针对分析结果进行了加强处理。1、对超限结构进行弹性时程分析补充计算，对于部分楼层剪力突变，通过放大地震剪力系数的方法调整规范反应谱进行包络设计。2、严格控制作为主要抗侧力构件剪力墙和框支柱的轴压比。3、对结构进行中震验算，以判别结构在中震作用下的抗震性能。4、对楼板进行有限元分析，以保证楼板能满足其在中震作用下的抗震性能要求。5、对结构进行弹塑性动力时程分析，了解结构在罕遇地震作用下的抗震性能，并根据分析结果对薄弱部分或构件进行构造加强。本项目中就出现转换成上一层的个别剪力墙在中震下不满足抗剪弹性，且大震下大部分剪力墙抗剪截面不满足要求，因此对转换成上两层剪力墙进行加厚加强处理。

6.超限结构设计的常见问题与注意事项

在超限结构设计中，通常会遇到一系列的问题，例如：采用大量钢筋混凝土混合结构，结构体系奇怪，结构面十分不规则；两个主轴刚度差异较大，平面布局不对称，扭转地震效应严重；时程分析波形、数量、计算参数和计算结果的判断不准确；工程的超高程度较大，

整体刚度较柔；薄弱层判断得不准确；不同软件的计算结果没有进行充分地对比，不能根据结构与计算模型的实际差异来判断结果；加强层的数量、位置和类型以及刚度突变，没有仔细分析；转换层和关键部件的抗震安全要求不明确。上述既是常见问题也是我们需要重视和明确的事项，在进行超限设计时不能留有模糊地带。

在设计过程中，从结构体系及布置、计算分析、结构抗震概念设计和构造加强措施等几个方面，采取相应设计对策和构造加强措施，可以确保该工程安全、可靠、经济。

7.结语

超限高层建筑结构设计是一项非常漫长而复杂的工作，不规则高层建筑结构抗震设计需要详细地分析计算和更有效的构造措施。根据高层建筑的结构设计，设计者应结合自身设计实力和公司的专业技术，以及社会咨询和评论意见等信息，联合建设方和建筑师进行探讨，评估和咨询，开展更多深入的研究，系统认真地思考，科学地完成工作。

参考文献：

[1]徐培富，傅学怡王翠坤等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]贺志文.某超限高层建筑结构基于性能抗震设计[J].新材料新装饰，2014，3：416-417，372.

[3]谭雪峰，李磊，李秋娴等.某超限高层剪力墙结构抗震设计[J].科技创新导报，2014，11：54-54.

[4]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3 2002，J1862002）[M].中国建筑工业出版社，2002.

[5]陈建兴，姜文伟，穆为．Pushover分析在性能化抗震设计中的应用[J].结构工程师，2008，24（3）：81-86.