某超限高層住宅結構設計分析

張麗媛

（廣東博意建筑設計院有限公司）

1 結構概況

本項目為剪力墻結構高層住宅，地面以上共45 層，地面以下1 層。建筑總高度為133.58m，建筑總面積為22320m2。根據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》【建質（2015）67 號】，本樓棟屬于B 級高度的超限高層建筑。

本單體結構的設計使用年限為50 年，重要性系數(shù)為1.0，結構安全等級為二級?？拐鹪O防烈度為7 度，設計基本地震加速度為0.10g，設防分組為第一組，抗震設防類別為丙類，抗震等級為一級?；撅L壓為0.50KN/m2，風荷載體型系數(shù)1.4。場地類別為二類，場地地震動反應特征周期為0.35s。地面粗糙度類別為B類，結構阻尼比為0.05。

通過綜合考慮抗震設防烈度、設防類別、場地條件、建造費用以及結構本身特點等因素，根據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010），該單體結構抗震性能目標定為C 級。

2 結構分析

2.1 小震結構整體計算指標

小震下通過振型分解反譜法進行結構計算，通過采用YJK 和Midas Building 進行整體計算分析及比較來確保力學分析結構的可靠性。

表1 結果表明，YJK 和Midas Building 的前6 階周期值和振動方向相近，振型有效質量參與系數(shù)均大于90%，第一扭轉周期與第一平動周期的比值均小于規(guī)范限值。結構的第一、第二振型以平動為主，第三振型為扭轉。兩種計算模型結果是一致的。

表1 動力特性比較

表2 結果表明，在水平荷載作用下YJK 和Midas Building 計算結果相近。在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，兩種計算模型均能滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.4.5 條在X、Y方向的樓層最大位移比限值要求。部分樓層位移比在1.2 至1.4 之間，屬扭轉不規(guī)則。

表2 小震作用下結構主要計算結果

2.2 小震彈性時程分析

根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）第5.1.2 條，該單體應采用彈性時程分析方法進行小震下的補充計算。地震加速度最大值取35cm/s2，地震波振型阻尼比為0.05，選取5 條天然波和2 條人工波，分別沿X 向和Y 向加載并保證有效持續(xù)時間均大于5T1。

表3 結果表明，每條時程曲線計算所得的結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%，但小于135%；七條時程曲線計算所得的結構底部剪力平均值大于振型分解反應譜法計算結果的80%，但小于120%，該結果滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）第4.3.5 條的規(guī)定。因此，結構地震作用效應取振型分解反應譜法的計算結果是合理準確的。

表3 彈性時程分析主要結果

2.3 中震分析

根據中震作用下的抗震性能目標的要求，對結構進行中震彈性或不屈服計算分析。在中震彈性計算模型下采用YJK 程序進行分析，對剪力墻、框架柱受剪性能進行彈性判別；在中震不屈服計算模型下，對框架柱、剪力墻的受彎以及框架梁、連梁的受彎與受剪進行判別。

表4 結果表明，中震作用下結構底部剪力約為小震結構底部剪力的2.5 倍。通過比較樓層剪力與樓層抗剪承載力，可知結構整體抗剪承載能力較富余。同時計算結果滿足：

表4 中震作用下結構整體反應指標

⑴整體層面的樓層層間位移角分布具有規(guī)律性、無異常突變，結構整體抗剪承載能力較富余。

⑵剪力墻、框架柱按小震和中震包絡配筋，可滿足中震下受剪彈性、受彎不屈服性能目標。

⑶連梁、框架梁配箍按小震和中震包絡可滿足受剪不屈服性能目標，縱筋按小震結果僅有少部分出現(xiàn)受彎屈服，滿足中震受彎部分屈服性能。

綜上可知，中震作用下各項設計控制指標均滿足性能水準3 的抗震性能目標。

2.4 大震作用下結構動力彈塑性時程分析

廣州建研數(shù)力研發(fā)的SAUSAGE 軟件通過大量的實際工程案例表明具備結果準確、計算效率高、建模便利的特點，可應用于實際工程罕遇地震下的性能評估。

表5 大震彈塑性分析樓層位移角

該單體大震動力彈塑性分析表明：彈塑性結構底部剪力約為彈性結構底部剪力的78%～102%之間，地震能量得到有效的消散。最大樓層層間位移角為1/133，小于1/120 的限值要求；彈塑性頂部位移約為彈性位移的94%～139%倍，在地震動結束時刻，位移明顯衰減，塔樓能夠完成地震動全過程而屹立不倒，滿足“大震不倒”的抗震性能。地震動結束時刻，剪力墻主體結構受壓損壞主要集中在連梁，墻肢未出現(xiàn)明顯的受壓損傷，墻肢鋼筋未屈服。罕遇地震作用下，底部加強區(qū)剪力墻滿足受彎不屈服的性能，其它剪力墻滿足部分受彎屈服的性能，剪力墻受剪截面均可滿足要求，連梁滿足多數(shù)受彎屈服的性能。地震動結束時刻，底部加強區(qū)框架柱滿足不屈服的性能，其它框架柱滿足部分屈服的性能；框架梁能滿足部分受彎屈服的性能。地震動結束時刻，樓板受壓損傷較小，滿足受剪截面限制條件。

綜上所述，該結構具有較好的抗震性能，能夠滿足預定的抗震性能目標，滿足性能水準4 的基本要求。

3 結語

綜合以上結構計算分析結果，可得以下結論：

⑴在多遇地震作用及風荷載作用下，YJK 和Midas Building 兩種軟件的各項分析指標基本一致；結構構件處于彈性階段，承載能力和變形能力均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。時程分析與反應譜之間具有一致性和規(guī)律性，可滿足“小震不壞”的抗震性能目標。

⑵在設防烈度地震作用下，底部加強區(qū)剪力墻均滿足受彎不屈服、受剪彈性；其他部位剪力墻及框架柱均滿足受彎不屈服、受剪彈性；框架梁及連梁僅有少量出現(xiàn)受彎屈服，但受剪不屈服，可滿足“中震可修”的抗震性能目標。

⑶在罕遇地震作用下，結構層間彈塑性位移及層間位移角均滿足規(guī)范限值要求，結構主要抗側力構件沒有發(fā)生嚴重破壞，可滿足“大震不倒”的抗震性能目標。

⑷該結構滿足抗震性能目標C 的各項抗震性能水準要求，是安全、可靠、合理且滿足規(guī)范要求的。