超限高层商业建筑结构设计分析

曲 婷

湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙 410000

在经济迅猛增长的背景下，超限高层商业建筑作为城市地标性建筑其建设规模和数量呈日益增长的趋势。但是基于庞大的体型、复杂的功能要求，使得超限高层商业建筑结构设计难度增大，如何兼顾建筑使用功能与建筑结构安全成为了一大重难点，加强此方面的分析具有重要现实意义。

1 基于性能的抗震设计

从近几年发生的地震灾害中可以看出，在建筑结构抗震设防中，需将居民安全作为设防要求，还应将地震灾害发生时会对建筑和公共设施造成的影响考虑在内，以确保在地震发生后，建筑能满足重建的基本功能需求，尽可能减少地震对生产生活及经济发展所造成的影响。因此，对于超限高层商业建筑来说有必要考虑到性能目标的抗震设防要求。

2 工程概况

2.1 基本概况

某超限高层商业建筑是一项集住所、餐饮和地下车库等功能为一体的综合商业建筑，总建筑面积26.50万㎡；该建筑中段、左段及右段的大屋面标高分别为26.40、15.90和15.90m。

结构设计方案：通过设置抗震缝将建筑上部划分为五个单体结构，并将其嵌固于地下室顶板，这些单体结构具有受力简单、体量较小及经济性良好的特点。

2.2 场地条件及地基基础设计

该项目抗震设计相关参数如表1所示。

表1 项目抗震设计相关参数

本项目场地条件为：地基土层分布较稳定，不存在液化土层；地基基础设计为：采用桩筏基础，以抗拔控制为主，以抗压控制为辅；底板厚60cm，承台高120～150cm；桩基采用长螺旋钻孔压管桩，桩长11m，单桩竖向抗压设计值为700kN，抗拔承载力设计值为450kN。

3 上部结构分析和设计

3.1 结构布置及特点

本项目结构设计中所采取的控制建筑开裂措施包括：增加地下室底板、顶板、侧墙贯通钢筋；设后浇带；混凝土内掺抗裂纤维。

本项目针对连通道、相关区域楼板的加强措施包括：增加区域楼板的厚度 （130mm），采用双层双向钢筋防止在地震灾害发生时，楼板过早屈服；提高区域梁的配筋率，以保证结构整体的安全性等。

3.2 结构计算分析

3.2.1 SATWE与MIDAS的对比分析

本项目所采用的结构计算分析软件包括SATWE、MIDAS，并利用多种计算模型对结构整体及重要构件进行分析比较。SATWE、MIDAS计算结果的对比情况如表2所示。

表2 SATWE、MIDAS软件计算结果对比

从表2对比结果可以看出，两种软件所呈现的结构分析结果误差在可接受的范围内。第一扭转周期与第一平动周期的最大比值为SATWE软件分析出的0.75（在规范要求的0.85以内）；考虑5%偶然偏心，X、Y方向结构最大位移比1.38、1.32。

采用动力时程分析法开展补充计算，通过地震波输入的方式来明确建筑结构中的薄弱环节以及对地震中建筑结构震害形态、部位，并以此为依据进一步分析加强、稳固措施。

3.2.2 动力时程法与CQC的对比分析

动力时程法与CQC的对比分析结果如表3所示。

表3 动力时程法与CQC的对比分析结果

由表3中可得，动力时程法分析的X、Y最大楼层位移角和最大层间位移角大于CQC，故依据动力时程法进行设计是合理的。

3.3 结构抗震性能的优化分析

3.3.1 小震

在小震情况下，本项目建筑结构抗震性能设计需满足以下几点要求：

①满足弹性要求；

②建筑结构承载力、变形满足规程要求。

3.3.2 中震

在中震情况下，本项目建筑结构抗震性能设计需满足以下几点要求：

①在设防雷度或预估的罕遇地震作用下，重要构件的抗震承载力应满足相关规定；

②水平长悬臂结构和大跨度结构中的重要构件正截面承载力应满足相关要求；

③在预估的罕遇地震作用下，建筑结构薄弱部位的层间位移角应≥0.02。

3.3.3 大震

在大震情况下，本项目建筑结构抗震性能设计需满足以下几点要求：

①在预估的罕遇地震作用下，建筑结构薄弱部位的层间位移角应≥0.02；

②允许部分耗能构件发生较严重的损坏，重要构件抗震承载力满足规程要求；

③允许部分竖向构件屈服，同一楼层竖向构件不宜全部屈服。具体结构构件性能目标如表4所示。

表4 结构构件抗震性能目标

5 结语

本文通过实例分析超限高层商业建筑的结构情况可以得出以下结论：①结合工程的实际情况，提出合理的抗震性能优化设计目标；②可利用动力时程法来验证建筑结构体系的合理性；③在罕遇地震作用下，控制性能点层间位移角不超过规范要求；④结合相关设计规范要求对结构薄弱部位进行构造加强等。充分落实上述结构设计的要点，可有效提高整体结构的抗震性能，使其在各地震水准下构件承载力、变形均满足性能目标。

[1] 梁建文，曹征洋，周德玲，等.天津市某商业大厦超限高层建筑罕遇地震下的弹塑性时程分析[J].工业建筑，2016，46（10）：179-186.

[2] 梁建文，徐晓慧，周德玲，等.天津市某商业大厦超限高层建筑静力弹塑性分析[J].工业建筑，2016，46（12）：184-190.

[3] 庞瑞，梁书亭，冷斌，等.单向斜交网格复杂超限高层结构动力弹塑性时程分析[J].振动与冲击，2013，32（19）：202-209.

[4] 季静，黄超，韩小雷，等.基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用研究[J].世界地震工程，2007，23（1） ：98-103.