青海某超限高层结构设计

田慧婧　芦永杰

(1．泛华建设集团有限公司，北京　100082;2．中广电设计院，北京　100045)



青海某超限高层结构设计

田慧婧1芦永杰2

(1．泛华建设集团有限公司，北京100082;2．中广电设计院，北京100045)

摘要:介绍了某超限高层的结构体系和布置方式，结合其结构超限类别及程度，计算了该结构在小震、中震、大震三个阶段的整体性能，并提出了其薄弱部位的加固对策，提高了结构整体的抗侧力和抗扭转性。

关键词:超限高层结构，抗震性能，楼板，地震波

本项目位于青海省格尔木市市区，地下2层，地上24层，1层，2层为商业。该工程扭转不规则，尺寸突变，楼板不连续，竖向构件收进位置收进大于25%。根据结构抗震超限认定，本工程为超限高层结构，需要进行结构抗震专项分析，提高关键构件的抗震等级，采取必要的抗震构造措施。

1　结构体系和布置

该工程住宅部分剪力墙结构体系。7度抗震设防，主要抗侧力构件截面详见图1。

图1　抗侧力构件截面

2　结构超限类别及程度

1)扭转不规则:考虑偶然偏心的扭转位移比大于1．2;2)尺寸突变:竖向构件收进位置收进大于25%;3)楼板不连续:2层开洞宽度大于50%，如图2所示。

图2　楼板布置图

因此该楼需要进行详细的抗震分析。

3　结构计算分析

针对该结构，采用建研科技股份有限公司编制的“PKPM结构设计软件和盈建科结构设计软件”对结构整体进行计算分析，按照小震、中震、大震三阶段计算分析，对不同构件采取不同的抗震性态目标，以提高关键部位和薄弱部位的抗震性能。

3．1抗震性态设计要求

根据CECS 160:2004建筑工程抗震性态设计通则，本工程最低抗震性态要求如表1所示。

3．2小震作用下计算结果分析

小震作用采用SATWE，YJK两种程序进行计算分析比较，并且补充弹性动力时程分析，控制整体结构处于弹性状态。相关指标按照规范要求控制，结构构件保持弹性状态。小震弹性计算，考虑抗震等级的内力调整系数，荷载取设计值，材料强度取设计值计算。

表1　抗震性能目标

1)两种程序计算下的结构周期，总重量基本接近。表示不同程序计算结果具有相似性，结构的计算结果比较可靠。

2)两种程序计算选取的振型数是足够的，振型的质量参与系数超过90%，振型数的选取是合适的。

3)两种程序计算结果均显示结构第一扭转周期和第一平动周期的比值均小于0．85，结构的抗扭刚度较好，结构布置是合适的。

4)本工程为剪力墙结构，两种程序计算的位移角结果均满足规范要求，说明结构的刚度合适，在小震作用下结构处于弹性状态。

综上所述，在小震作用下，结构虽然具有平面扭转不规则，但是结构总体性态满足要求。总体结构的竖向刚度，扭转效应，扭转周期等计算指标能控制在合理范围。

3．3小震作用下弹性动力时程分析

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范要求，本工程在弹性动力时程分析时选用两组人工地震波，五组自然波。结构的阻尼比为0．05，主分量峰值加速度为35 cm/s2，次分量峰值加速度为29．75 cm/s2，步距0．02 s，地震波的持续时间均大于结构基本周期的5倍。

通过曲线时程分析与振型分解反应谱法的比较，其结果如下:

1)七条地震波进行时程分析结果显示，各条波分别作用下的底部剪力值均大于SATWE振型分解反应谱法的65%。

2)七条地震波进行时程分析所得底部平均剪力值大于SATWE振型分解反应谱法的80%。

3)通过对七条地震波时程分析所得底部剪力值进行分析，七条地震波的选择是合适的，振型分解反应谱法计算的地震作用大于时程分析计算结果，采用振型分解反应谱法作为结构设计依据是安全可靠的。

4)通过对楼层位移曲线和层间位移角曲线图形分析，除顶部因立面收进导致刚度急剧变小，使得位移变化较大外，其他楼层位移变化是平缓的，表明结构竖向刚度是相对均匀的。

5)时程分析所得结构层间位移角满足规范要求，表明整体结构的刚度合适。

6)从计算结果看，振型分解反应谱法的计算结果曲线基本包络七条地震选波的相应曲线。

7)分析结果表明，时程分析的地震波选取合适，结构在地震作用下的位移满足规范要求，把振型分解反应谱法的计算结果作为设计依据是可靠和安全的。对于时程分析中的局部超出部分，应进行局部的验算和加强。

3．4中震作用下计算结果分析

中震弹性计算，地震反应谱按照规范取值，水平地震影响系数最大值取0．23。荷载作用分项系数同小震弹性计算。取消组合内力调整。

根据性态化目标设计要求，本工程需要进行中震弹性和中震不屈服计算，底部加强区剪力墙实现中震作用下保持弹性，非底部加强区剪力墙保证中震作用下不屈服。通过计算，结构层间位移角满足性态设计设定目标，结构整体刚度满足要求。

中震作用下，选取结构中底部几层受力较大构件，其中构件内力标准值见表2。

表2　典型构件内力标准值

从表2来看，所选典型构件中震作用下剪力和弯矩比小震作用下有一定的增大，最大达3倍。这些构件的截面总体上满足设计要求。

3．5大震作用下计算结果分析

大震计算，地震反应谱按照规范取值，水平地震影响系数最大值取0．5，通过计算分析，这些构件的截面总体上满足设计要求。

4　超限设计的措施及对策

4．1超限设计的措施

针对超限高层，设计中采用性态化设计，进行小震弹性、中震不屈服、大震不倒三阶段计算分析，基本满足设计目标。

1)针对超限高层，计算中采用SATWE，YJK两种程序进行小震下的振型分解反应谱计算比较，消除单一程序分析的片面性和局限性。并进行小震下的弹性动力时程分析，和小震下的振型分解反应谱计算进行比较。

2)针对超限高层，进行中震弹性和中震不屈服计算，确保底部加强区剪力墙中震作用下为弹性状态，其余各剪力墙在中震作用下为不屈服状态。

3)针对超限高层，进行在大震作用下结构计算，确保大震不倒。

4．2超限设计对策

扭转位移比大于1．2的节点出现在2层，且该层楼板错层1．5 m，层高5．4 m，因此加强该楼层，-1层～2层楼板底部加强区暗柱箍筋加密，以提高结构的抗扭转形态;且在结构两端的横向剪力墙(Y向)加大墙体水平筋的配筋率，不小于0．3%，且考虑偶然偏心及双向地震作用包络设计。

对于2层的楼板不连续，采取调整楼梯开洞位置，且开洞周边楼板取不小于150 mm，配筋双层双向拉通，配筋率不小于0．25%。

对于顶部两层收进大于25%，采取:1)低单元屋面板厚度150 mm，双层双向配筋，配筋率不小于0．25%。2)屋面上下层楼板厚度不应小于120 mm。3)单元分隔墙下2层上1层配筋加强，抗震等级提高一级，错层处竖向构件应提高抗剪承载力，剪力墙水平及竖向分布钢筋的配筋率不小于0．3%，边缘构件箍筋配筋率特征值增加10%。

5　结语

本工程为超限高层，通过对该结构的整体计算分析根据其计算结果采取必要的构造加强措施，提高结构整体的抗侧力和抗扭转性能。同时通过小震、中震和大震作用下各计算分析的结果看，本工程结构可以满足既定的抗震性能目标，结构设计方案切实可行。

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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，Film＆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

作者简介:田慧婧(1982-)，女，工程师;芦永杰(1981-)，男，工程师

收稿日期:2015-10-30

文章编号:1009-6825(2016)01-0053-02

中图分类号:TU973

文献标识码:A