广西南宁某超限高层建筑结构设计

黄剑飞 荆向晓

(华蓝设计(集团)有限公司，广西 南宁 530012)



广西南宁某超限高层建筑结构设计

黄剑飞 荆向晓

(华蓝设计(集团)有限公司，广西 南宁 530012)

对广西南宁某超限高层建筑结构设计的主要过程进行分析，包括结构方案设计、结构三维整体分析、静力弹塑性推覆，通过对结构关键构件进行抗震性能化设计，使该建筑结构能满足抗震三水准设防的要求。

超限高层，转换结构，抗震性能设计

1 工程概况

该项目位于广西南宁市青秀区凤岭北佛子岭路与金菊路交汇处东南侧。该栋超高层商住楼建筑高度132.5 m，3层地下室，地面以上主楼42层，下面3层为商铺，上面39层为住宅，上部住宅平面尺寸约为长33.9 m，宽23.5 m，其中第3层为结构转换层，第14层和30层为避难层。

2 结构方案

该栋超限高层建筑设计要求上部为住宅，下部为商铺，为满足建筑使用功能和结构的抗侧刚度要求，除竖向交通楼电梯间部分从下到上均为剪力墙以外，上部住宅的主要竖向受力构件采用抗侧刚度较大的剪力墙，下部商铺的竖向受力构件则主要采用抗侧刚度相对较小的框支柱。上下不同类型和不同布置间距的竖向受力构件造成部分竖向受力构件上下不连续，建筑结构的竖向传力不够合理，因此需要在上部住宅和下部商铺的结合处设置结构转换层，以确保上部剪力墙的荷载能更合理的传给下部框支柱及落地剪力墙。根据文献[1]可知，结构转换层可以采用梁式转换、桁架式转换和厚板转换等多种转换形式，而梁式转换受力较明确，设计和施工也相对简单，应用最为广泛。综合考虑建筑使用功能要求和各类转换结构的特点，该栋超限高层采用梁式转换的方案，如何合理布置转换梁是本工程结构设计的难点和重点。

根据该建筑平面布置，下部商铺仅允许相邻商铺间设置隔墙，商铺靠近过道()一侧需要开门，因此不允许上部剪力墙落下，所以考虑将与下部商铺隔墙位置对应的上部剪力墙和楼电梯间的剪力墙以及商铺以外的剪力墙落地，而将商铺开门处对应的上部剪力墙及投影位于商铺内的上部剪力墙用转换梁来转换，具体需要转换的上部剪力墙见图1中所圈出部分。在对应需转换的上部剪力墙下正交布置转换主次梁，并在转换主梁的两端设置框支柱，使得转换层下部结构在两个抗侧主轴方向都能形成具有较大抗侧刚度的框支框架，转换梁的具体布置如图1所示。

3 抗震性能目标

本项目属于标准设防类的复杂超限高层建筑，根据文献[2]对应超限内容对关键构件设定抗震设防的性能目标要求。参考文献[3]第3.10.3条和文献[4]第3.11.1条有关抗震性能化设计的规定，本结构的抗震性能目标为C级，对应抗震性能设计目标选择见表1。

表1 结构抗震性能设计目标及震后性能状态

4 结构分析

本工程采用SATWE及MIDAS BUILDING两种软件进行计算和分析，计算模型如图2和图3所示。

两种结构设计软件在多遇地震作用下的部分计算结果如表2所示。

由表2可知：该建筑结构在多遇地震作用下的周期比、位移角、位移比和刚度比均满足规范要求。

5 结构构件抗震性能验算及关键构件的抗震性能化设计

根据设定的抗震性能目标，本工程对于关键构件(框支框架及底部加强区墙体)、框架柱(抗剪)、非底部加强区剪力墙(抗剪)在中震下按满足弹性设计的要求进行验算；对于框架柱(抗弯)、非底部加强区剪力墙(抗弯)及耗能构件在中震下按不屈服的要求进行验算；对于关键构件(框支框架及底部加强区墙体)(抗弯和抗剪)在罕遇地震下按不屈服的要求进行验算，并对转换层的楼板进行详细有限元分析，确保转换层楼板满足规范规定的抗剪承载力要求，同时适当加强与转换层相邻楼层的楼板。设计计算时，本文通过SATWE和MIDAS BUILDING程序采用等效弹性算法进行验算复核。

表2 两种结构设计软件计算结果对比

5.1 中震构件验算

等效弹性分析(中震弹性)表明，关键构件(框支框架及底部加强区墙体)均处在弹性阶段，其中震性能状态能实现既定的性能目标。楼层框架梁、连梁及非底部加强区竖向构件均未出现抗弯屈服的情况，框架梁、连梁及非底部加强区竖向构件亦未出现抗剪屈服，其中震性能状态能实现既定的性能目标。

5.2 大震构件验算

等效弹性分析(大震不屈服)表明，关键构件(框支框架及底部加强区墙体)均未出现抗弯屈服的情况，关键构件(框支框架及底部加强区墙体)均未出现抗剪屈服的情况，其大震性能状态能实现既定的性能目标。KZ1(见图1)出现抗弯及抗剪屈服，经查计算结果KZ1所承担的最大剪力VGE+V×Ek=23.35+772.4=795.75 kN，而0.15fckbh0=0.15×35.5×550×500=1 464.375 kN，能满足大震下竖向构件最小抗剪截面的要求，即VGE+V×Ek<0.15fckbh0。

5.3 转换层楼板验算结果

采用MIDAS BUILDING的楼板详细分析功能对转换层楼板的抗剪承载力进行验算，分析结果表明在两个抗侧力主轴方向上转换层楼板的抗剪承载力均满足规范要求。

6 罕遇地震(大震)作用下结构静力弹塑性分析及结果

弹塑性分析中的配筋数据均来自MIDAS BUILDING软件的配筋结果及规范要求，即弹塑性模型的配筋参数与实际配筋已较接近，所以其分析结果是接近真实的。下面分别对结构X向及Y向进行弹塑性时程分析，并得到结构单元在X向及Y向的结构反应如下：

X向地震作用下墙铰主要分布在中下部的连梁上，局部小墙肢在转换层上一层出现墙铰，并且部分连梁出现了抗剪破坏，可把此部分连梁做成钢板混凝土组合连梁，提高连梁抗剪承载力。

Y向地震作用下梁端塑性铰主要分布在中下部及上部，柱端未出现塑性铰，Y向地震作用下墙体屈服很少，仅在转换层上一层局部出现墙铰。

整个地震反应过程的主要宏观指标如表3所示。

表3 静力弹塑性时程分析整体计算结果

在考虑重力二阶效应不利影响的情况下，X向及Y向最大层间位移角均小于规范限值的1/120，满足规范要求，且基底剪力与小震弹性作用下基底剪力比均在4～5之间，说明结构还是具有足够的抵抗力，满足“大震不倒”的设防要求。

性能点处，罕遇地震作用下，整个结构首先是梁端出现塑性铰，分布也比较广泛，柱未出现塑性铰，达到“强柱弱梁”的抗震性能目标；剪力墙连梁大部分进入屈服阶段，说明在大震作用下，剪力墙连梁刚度明显退化，符合耗能构件进入屈服阶段的性能目标；而剪力墙仅在转换层上一层局部出现墙铰，符合剪力墙屈服位置应在底部加强区的要求。

综上所述，经过弹塑性静力推覆分析，证明该结构能满足大震下的抗震性能目标的要求。

7 结语

1)本工程高度在B级高度高层建筑最大适用高度范围以内，主楼存在3项不规则超限。通过SATWE软件对结构进行设防烈度地震作用和罕遇地震作用下弹性及不屈服计算，以分别满足抗震性能设计中第3和第4性能水准要求。

2)采用2种软件对该结构进行弹性分析，分析结果基本一致，相互验证了计算结果的合理性。另采用MIDAS BUILDING软件对结构进行静力弹塑性分析，结果亦表明该结构满足规范要求。

3)通过采用合理的结构方案，并对关键和重要构件进行抗震性能化设计，可使该结构满足抗震三水准“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防要求。

[1] 赵西安,郝锐坤,黄宝清,等.高层建筑转换层结构设计及工程实例[M].北京:中国建筑科学研究院建筑结构研究所，1993.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(2010版)[Z].2010.

[3] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[4] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

The structural design of an overrun high-rise building in Guangxi Nanning

Huang Jianfei Jing Xiangxiao

(Hualan(Group)LimitedCompany,Nanning530012,China)

This paper analyzed the main process of an overrun high-rise building structural design in Guangxi Nanning, including the structural scheme design, structural three-dimensional whole analysis, static elastic-plastic pushover. Through the seismic performance design of structure key components, made the building structure meet the requirements of three seismic fortification levels.

overrun high-rise, transfer structure, seismic performance design

1009-6825(2017)18-0035-02

2017-04-19

黄剑飞(1977- )，男，硕士，工程师； 荆向晓(1981- )，男，高级工程师

TU318

A