青海某超限高層結構設計

田慧婧　蘆永杰

(1．泛華建設集團有限公司，北京　100082;2．中廣電設計院，北京　100045)

?

青海某超限高層結構設計

田慧婧1蘆永杰2

(1．泛華建設集團有限公司，北京100082;2．中廣電設計院，北京100045)

摘要:介紹了某超限高層的結構體系和布置方式，結合其結構超限類別及程度，計算了該結構在小震、中震、大震三個階段的整體性能，并提出了其薄弱部位的加固對策，提高了結構整體的抗側力和抗扭轉性。

關鍵詞:超限高層結構，抗震性能，樓板，地震波

本項目位于青海省格爾木市市區(qū)，地下2層，地上24層，1層，2層為商業(yè)。該工程扭轉不規(guī)則，尺寸突變，樓板不連續(xù)，豎向構件收進位置收進大于25%。根據(jù)結構抗震超限認定，本工程為超限高層結構，需要進行結構抗震專項分析，提高關鍵構件的抗震等級，采取必要的抗震構造措施。

1　結構體系和布置

該工程住宅部分剪力墻結構體系。7度抗震設防，主要抗側力構件截面詳見圖1。

圖1　抗側力構件截面

2　結構超限類別及程度

1)扭轉不規(guī)則:考慮偶然偏心的扭轉位移比大于1．2;2)尺寸突變:豎向構件收進位置收進大于25%;3)樓板不連續(xù):2層開洞寬度大于50%，如圖2所示。

圖2　樓板布置圖

因此該樓需要進行詳細的抗震分析。

3　結構計算分析

針對該結構，采用建研科技股份有限公司編制的“PKPM結構設計軟件和盈建科結構設計軟件”對結構整體進行計算分析，按照小震、中震、大震三階段計算分析，對不同構件采取不同的抗震性態(tài)目標，以提高關鍵部位和薄弱部位的抗震性能。

3．1抗震性態(tài)設計要求

根據(jù)CECS 160:2004建筑工程抗震性態(tài)設計通則，本工程最低抗震性態(tài)要求如表1所示。

3．2小震作用下計算結果分析

小震作用采用SATWE，YJK兩種程序進行計算分析比較，并且補充彈性動力時程分析，控制整體結構處于彈性狀態(tài)。相關指標按照規(guī)范要求控制，結構構件保持彈性狀態(tài)。小震彈性計算，考慮抗震等級的內力調整系數(shù)，荷載取設計值，材料強度取設計值計算。

表1　抗震性能目標

1)兩種程序計算下的結構周期，總重量基本接近。表示不同程序計算結果具有相似性，結構的計算結果比較可靠。

2)兩種程序計算選取的振型數(shù)是足夠的，振型的質量參與系數(shù)超過90%，振型數(shù)的選取是合適的。

3)兩種程序計算結果均顯示結構第一扭轉周期和第一平動周期的比值均小于0．85，結構的抗扭剛度較好，結構布置是合適的。

4)本工程為剪力墻結構，兩種程序計算的位移角結果均滿足規(guī)范要求，說明結構的剛度合適，在小震作用下結構處于彈性狀態(tài)。

綜上所述，在小震作用下，結構雖然具有平面扭轉不規(guī)則，但是結構總體性態(tài)滿足要求。總體結構的豎向剛度，扭轉效應，扭轉周期等計算指標能控制在合理范圍。

3．3小震作用下彈性動力時程分析

根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設計規(guī)范要求，本工程在彈性動力時程分析時選用兩組人工地震波，五組自然波。結構的阻尼比為0．05，主分量峰值加速度為35 cm/s2，次分量峰值加速度為29．75 cm/s2，步距0．02 s，地震波的持續(xù)時間均大于結構基本周期的5倍。

通過曲線時程分析與振型分解反應譜法的比較，其結果如下:

1)七條地震波進行時程分析結果顯示，各條波分別作用下的底部剪力值均大于SATWE振型分解反應譜法的65%。

2)七條地震波進行時程分析所得底部平均剪力值大于SATWE振型分解反應譜法的80%。

3)通過對七條地震波時程分析所得底部剪力值進行分析，七條地震波的選擇是合適的，振型分解反應譜法計算的地震作用大于時程分析計算結果，采用振型分解反應譜法作為結構設計依據(jù)是安全可靠的。

4)通過對樓層位移曲線和層間位移角曲線圖形分析，除頂部因立面收進導致剛度急劇變小，使得位移變化較大外，其他樓層位移變化是平緩的，表明結構豎向剛度是相對均勻的。

5)時程分析所得結構層間位移角滿足規(guī)范要求，表明整體結構的剛度合適。

6)從計算結果看，振型分解反應譜法的計算結果曲線基本包絡七條地震選波的相應曲線。

7)分析結果表明，時程分析的地震波選取合適，結構在地震作用下的位移滿足規(guī)范要求，把振型分解反應譜法的計算結果作為設計依據(jù)是可靠和安全的。對于時程分析中的局部超出部分，應進行局部的驗算和加強。

3．4中震作用下計算結果分析

中震彈性計算，地震反應譜按照規(guī)范取值，水平地震影響系數(shù)最大值取0．23。荷載作用分項系數(shù)同小震彈性計算。取消組合內力調整。

根據(jù)性態(tài)化目標設計要求，本工程需要進行中震彈性和中震不屈服計算，底部加強區(qū)剪力墻實現(xiàn)中震作用下保持彈性，非底部加強區(qū)剪力墻保證中震作用下不屈服。通過計算，結構層間位移角滿足性態(tài)設計設定目標，結構整體剛度滿足要求。

中震作用下，選取結構中底部幾層受力較大構件，其中構件內力標準值見表2。

表2　典型構件內力標準值

從表2來看，所選典型構件中震作用下剪力和彎矩比小震作用下有一定的增大，最大達3倍。這些構件的截面總體上滿足設計要求。

3．5大震作用下計算結果分析

大震計算，地震反應譜按照規(guī)范取值，水平地震影響系數(shù)最大值取0．5，通過計算分析，這些構件的截面總體上滿足設計要求。

4　超限設計的措施及對策

4．1超限設計的措施

針對超限高層，設計中采用性態(tài)化設計，進行小震彈性、中震不屈服、大震不倒三階段計算分析，基本滿足設計目標。

1)針對超限高層，計算中采用SATWE，YJK兩種程序進行小震下的振型分解反應譜計算比較，消除單一程序分析的片面性和局限性。并進行小震下的彈性動力時程分析，和小震下的振型分解反應譜計算進行比較。

2)針對超限高層，進行中震彈性和中震不屈服計算，確保底部加強區(qū)剪力墻中震作用下為彈性狀態(tài)，其余各剪力墻在中震作用下為不屈服狀態(tài)。

3)針對超限高層，進行在大震作用下結構計算，確保大震不倒。

4．2超限設計對策

扭轉位移比大于1．2的節(jié)點出現(xiàn)在2層，且該層樓板錯層1．5 m，層高5．4 m，因此加強該樓層，-1層～2層樓板底部加強區(qū)暗柱箍筋加密，以提高結構的抗扭轉形態(tài);且在結構兩端的橫向剪力墻(Y向)加大墻體水平筋的配筋率，不小于0．3%，且考慮偶然偏心及雙向地震作用包絡設計。

對于2層的樓板不連續(xù)，采取調整樓梯開洞位置，且開洞周邊樓板取不小于150 mm，配筋雙層雙向拉通，配筋率不小于0．25%。

對于頂部兩層收進大于25%，采取:1)低單元屋面板厚度150 mm，雙層雙向配筋，配筋率不小于0．25%。2)屋面上下層樓板厚度不應小于120 mm。3)單元分隔墻下2層上1層配筋加強，抗震等級提高一級，錯層處豎向構件應提高抗剪承載力，剪力墻水平及豎向分布鋼筋的配筋率不小于0．3%，邊緣構件箍筋配筋率特征值增加10%。

5　結語

本工程為超限高層，通過對該結構的整體計算分析根據(jù)其計算結果采取必要的構造加強措施，提高結構整體的抗側力和抗扭轉性能。同時通過小震、中震和大震作用下各計算分析的結果看，本工程結構可以滿足既定的抗震性能目標，結構設計方案切實可行。

參考文獻:

［1］張濤，高日．帶底盤雙塔的超限高層建筑結構設計［J］．工程抗震，2002(2):37-38．

［2］楊學林．復雜超限高層建筑結構性能化設計研究與應用［J］．建筑結構學報，2010(S2):50-51．

［3］徐培福．超限高層建筑結構基于性能抗震設計的研究［J］．土木工程學報，2005(1):82-83．

［4］呂西林．超限高層建筑工程抗震設計中的若干問題［J］．建筑結構學報，2002(2):57-58．

［5］范偉霞．超限高層結構動力特性及抗震性能分析［J］．建筑技術，2011(1):40-42．

［6］胡淑輝，孫鵬，劉鋼．上海某項目超限高層結構設計［J］．建筑結構，2014(24):64-69．

［7］林友湘．超限高層基于性能的抗震設計探究［J］．江西建材，2015(3):23-24．

［8］段海濤，徐艷軍，王玥．某超限高層住宅結構的整體計算分析［J］．建筑結構，2012(S1):309-314．

On design for some super high-rise structure in Qinghai

Tian Huijing1Lu Yongjie2
(1．Pan-Chine Construction Group Co．，Ltd，Beijing 100082，China; 2．Radio，F(xiàn)ilm＆Television Design＆Research Institute，Beijing 100045，China)

Abstract:The paper introduces the structural system and allocation approaches of some super high-rise building，calculates the integrated performance of the structure at the small，medium，and large earthquakes，and points out the consolidation strategies for its weak part，so as to improve the lateral load resistance and torsion resistance of the structure．

Key words:super high-rise building，anti-seismic performance，floor，seismic wave

作者簡介:田慧婧(1982-)，女，工程師;蘆永杰(1981-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-30

文章編號:1009-6825(2016)01-0053-02

中圖分類號:TU973

文獻標識碼:A