某超限高层住宅结构设计分析

张丽媛

（广东博意建筑设计院有限公司）

1 结构概况

本项目为剪力墙结构高层住宅，地面以上共45 层，地面以下1 层。建筑总高度为133.58m，建筑总面积为22320m2。根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》【建质（2015）67 号】，本楼栋属于B 级高度的超限高层建筑。

本单体结构的设计使用年限为50 年，重要性系数为1.0，结构安全等级为二级。抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.10g，设防分组为第一组，抗震设防类别为丙类，抗震等级为一级。基本风压为0.50KN/m2，风荷载体型系数1.4。场地类别为二类，场地地震动反应特征周期为0.35s。地面粗糙度类别为B类，结构阻尼比为0.05。

通过综合考虑抗震设防烈度、设防类别、场地条件、建造费用以及结构本身特点等因素，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），该单体结构抗震性能目标定为C 级。

2 结构分析

2.1 小震结构整体计算指标

小震下通过振型分解反谱法进行结构计算，通过采用YJK 和Midas Building 进行整体计算分析及比较来确保力学分析结构的可靠性。

表1 结果表明，YJK 和Midas Building 的前6 阶周期值和振动方向相近，振型有效质量参与系数均大于90%，第一扭转周期与第一平动周期的比值均小于规范限值。结构的第一、第二振型以平动为主，第三振型为扭转。两种计算模型结果是一致的。

表1 动力特性比较

表2 结果表明，在水平荷载作用下YJK 和Midas Building 计算结果相近。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，两种计算模型均能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5 条在X、Y方向的楼层最大位移比限值要求。部分楼层位移比在1.2 至1.4 之间，属扭转不规则。

表2 小震作用下结构主要计算结果

2.2 小震弹性时程分析

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.1.2 条，该单体应采用弹性时程分析方法进行小震下的补充计算。地震加速度最大值取35cm/s2，地震波振型阻尼比为0.05，选取5 条天然波和2 条人工波，分别沿X 向和Y 向加载并保证有效持续时间均大于5T1。

表3 结果表明，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的65%，但小于135%；七条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%，但小于120%，该结果满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第4.3.5 条的规定。因此，结构地震作用效应取振型分解反应谱法的计算结果是合理准确的。

表3 弹性时程分析主要结果

2.3 中震分析

根据中震作用下的抗震性能目标的要求，对结构进行中震弹性或不屈服计算分析。在中震弹性计算模型下采用YJK 程序进行分析，对剪力墙、框架柱受剪性能进行弹性判别；在中震不屈服计算模型下，对框架柱、剪力墙的受弯以及框架梁、连梁的受弯与受剪进行判别。

表4 结果表明，中震作用下结构底部剪力约为小震结构底部剪力的2.5 倍。通过比较楼层剪力与楼层抗剪承载力，可知结构整体抗剪承载能力较富余。同时计算结果满足：

表4 中震作用下结构整体反应指标

⑴整体层面的楼层层间位移角分布具有规律性、无异常突变，结构整体抗剪承载能力较富余。

⑵剪力墙、框架柱按小震和中震包络配筋，可满足中震下受剪弹性、受弯不屈服性能目标。

⑶连梁、框架梁配箍按小震和中震包络可满足受剪不屈服性能目标，纵筋按小震结果仅有少部分出现受弯屈服，满足中震受弯部分屈服性能。

综上可知，中震作用下各项设计控制指标均满足性能水准3 的抗震性能目标。

2.4 大震作用下结构动力弹塑性时程分析

广州建研数力研发的SAUSAGE 软件通过大量的实际工程案例表明具备结果准确、计算效率高、建模便利的特点，可应用于实际工程罕遇地震下的性能评估。

表5 大震弹塑性分析楼层位移角

该单体大震动力弹塑性分析表明：弹塑性结构底部剪力约为弹性结构底部剪力的78%～102%之间，地震能量得到有效的消散。最大楼层层间位移角为1/133，小于1/120 的限值要求；弹塑性顶部位移约为弹性位移的94%～139%倍，在地震动结束时刻，位移明显衰减，塔楼能够完成地震动全过程而屹立不倒，满足“大震不倒”的抗震性能。地震动结束时刻，剪力墙主体结构受压损坏主要集中在连梁，墙肢未出现明显的受压损伤，墙肢钢筋未屈服。罕遇地震作用下，底部加强区剪力墙满足受弯不屈服的性能，其它剪力墙满足部分受弯屈服的性能，剪力墙受剪截面均可满足要求，连梁满足多数受弯屈服的性能。地震动结束时刻，底部加强区框架柱满足不屈服的性能，其它框架柱满足部分屈服的性能；框架梁能满足部分受弯屈服的性能。地震动结束时刻，楼板受压损伤较小，满足受剪截面限制条件。

综上所述，该结构具有较好的抗震性能，能够满足预定的抗震性能目标，满足性能水准4 的基本要求。

3 结语

综合以上结构计算分析结果，可得以下结论：

⑴在多遇地震作用及风荷载作用下，YJK 和Midas Building 两种软件的各项分析指标基本一致；结构构件处于弹性阶段，承载能力和变形能力均能满足现行规范要求。时程分析与反应谱之间具有一致性和规律性，可满足“小震不坏”的抗震性能目标。

⑵在设防烈度地震作用下，底部加强区剪力墙均满足受弯不屈服、受剪弹性；其他部位剪力墙及框架柱均满足受弯不屈服、受剪弹性；框架梁及连梁仅有少量出现受弯屈服，但受剪不屈服，可满足“中震可修”的抗震性能目标。

⑶在罕遇地震作用下，结构层间弹塑性位移及层间位移角均满足规范限值要求，结构主要抗侧力构件没有发生严重破坏，可满足“大震不倒”的抗震性能目标。

⑷该结构满足抗震性能目标C 的各项抗震性能水准要求，是安全、可靠、合理且满足规范要求的。