某超限高层建筑结构设计及超限处理

傅爱华　王辰

摘要：随着土地利用率等各方面因素的影响，高层超高层日益增多。关于这类建筑的研究课题也越来越多，本文主要是研究高层建筑的结构以及超限认定相关处理的问题，针对结构超限这一问题，结合相关案例，提出一些有针对性的解决措施。

关键词：高层建筑；结构设计；超限处理

中图分类号：TU973.31文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）02-0105-01

1.超限高层建筑概述

为规范超限高层设计，建设部颁布了《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》。10层以上的建筑被称为高层建筑。其中包括超限高层建筑。而“小高层”和“超高层建筑”都是“民间说法”，不规范。超限高层的高度和层数并没有统一的“定数”。对混凝土框架剪力墙结构的高层建筑，超过120米为超限高层；混合剪力墙结构为100米以上；有错层的为80米以上；网架结构的为55米以上；而网架屋盖结构为28米以上。但无论建筑多高，超限高层都是对工程技术质量提出了更高的挑战。

2.超限高层建筑结构设计实例分析

2.1工程概况

某超限高层建筑，总建筑面积16000m2，地上28层，地下2层，建筑高度90m，地下室底板面标高-14.000m，室外地面标高为0.250m；采用框架一剪力墙结构。建筑主楼拟采用人工挖孔桩基础，地下室拟采用天然地基上的扩展基础。

2.2结构布置

建筑地上28层，裙房4层，1-4层层高为5.0m，标准层平面呈z型布置，层高为3.5m。为了满足建筑功能需要，采用框架一剪力墙结构体系，其高宽之比为3.45，小于6，故能够满足《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-20lO）的规定要求。

同时，设置4组落地剪力墙作为抗侧力防线，以承受建筑结构的水平剪力，其中，两组剪力墙居中布置，以形成两个简体。采用梁板式楼盖，在洞口边设置边梁，并适当加厚楼板，确保楼板在水平作用下可靠传递，使得剪力墙与框架共同形成双重抗侧力结构体系。

2.3结构的超限认定

2.3.1扭转不规则：经过结构计算分析，在地震作用下，楼层竖向构件的最大扭转位移比：x向为1.05（4），小于1.2；Y向为1.33（1），大于1.2，且小于1.5，故属于扭转不规则I类。扭转周期比：Tt/T1=0.853，小于0.9。因此，判定为扭转不规则。

2.3.2局部楼板不连续。根据标准层结构平面分析，建筑2、4层楼面开洞面积大于50%，且建筑5层为错层，故属于局部楼板不连续。

2.3.3竖向不规则。将转换层设置在3层楼面位置，转换层以上为剪力墙结构，转换层以下为框剪结构。因此，可以判定为竖向不规则。

2.4结构计算

本工程整体结构采用Midas/Gen7.9.5和PKPM/SATWE三维空间有限结构分析软件进行建筑结构弹性计算。其中，Midas/Gen7.9.5主要采用三维梁单元对际结构梁柱等构件进行模拟，多种类型面单元对剪力墙进行模拟。而PKPM/SATWE程序为空间组合结构有限元分析软件，主要采用空间杆单元对梁、柱等杆件进行模拟。周期及周期比（表1）：

表1周期及周期比表

据表1所知，第一、二周期为平动周期，第三周期为扭转周期，第一扭转周期与第一平周期的比值为0.853，小于0.9，故满足《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2010）的要求。

本工程结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩在水平地震力作用下大于结构总地震倾覆力矩10%，且小于50%，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，按照框架一剪力墙进行设计。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，当框架一剪力墙结构楼层地震剪力标准值小于结构底部地震剪力标准值的20%时，其楼层地震剪力标准值应大于0.200和1.5Qfmax的较小值，这样才能确保框架的抗侧能力。本工程6层x向、Y向框架部分分配的楼层地震剪力标准值均小于0.2Q。所以需要将楼层地震剪力标准值进行调整，其调整系数在1～2之间。本工程x向刚重比和Y向刚重比均大于1.4，通过《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2010）的整体稳定验算，所有x向刚重比和Y向刚重比均大于2.7，因此可以不考虑重力二阶效应。

2.5超限抗震加強措施

2.5.1针对扭转不规则情况，应按照相关规范要求，采取相应的抗震措施。

2.5.2考虑到第5层处塔楼与底盘相比，其偏心收进大于25%，所以应对该部位的楼板进行加厚，加厚至150mm。上下层楼板适当加强配筋；对于收进部位以下两层底盘框架柱，也应适当加强配筋。对于收进部位上下各两层塔楼竖向构件，其抗震等级应提高一级。

2.5.3考虑到部分楼层楼板大开洞而造成的局部穿层柱情况，我们需要在洞口周边设置边梁，同时要适当对楼板进行加厚和加大框架柱截面，确保剪力墙的稳定性；此外，要适当加强建筑结构构件中的梁、板、柱的配筋；采用PKPM/PMSAP来分析大震下的楼板弹性应力，根据计算结果对楼板配筋进行校核，加强应力集中部位楼板配筋。

3.结语

总而言之，对于超限高建筑的结构设计过程，应该在遵守现行的一系列建筑行业规范要求的前提下，对超限部分有规范的进行布置和认定，在保证建筑的整体的美观性的同时，也要保证建筑本身的实用性和安全性。本文通过实例的分析，对建筑超限结构的处理提出了一些可行性较高的措施，供业内参考。