某超限住宅项目建筑结构设计

刘庆刚

一、工程概况

项目位于广州市海珠区，为A、B、C、D四栋超高层住宅以及地下室，本文主要介绍D栋。

D栋结构采用部分框支混凝土剪力墙结构体系：六层与十五层楼面采用型钢混凝土框架托墙转换；上部为剪力墙结构。148.1米，共44层；地下6层。塔楼基础采用墙下条形基础，局部采用筏板基础，以微风化岩为持力层。

二、结构设计

1.场地条件

场区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类。

建筑物室外地坪标高±0.00为13.00m，室外地坪绝对标高为11.30～12.60m，抗浮设防水位标高可按室外地坪标高最高处12.60米考虑。

2.设计参数

结构设计基准期50年，结构设计使用年限50年，安全等级二级，抗震设防类别为标准设防类（丙类），基础设计等级为甲级。

3.荷载条件

风荷载：重现期为50年的基本风压Wo=0.50kN/m2。本工程抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组。

4.计算软件

YJK2.0.1用于小震整体结构分析、小震弹性时程分析及中震性能水准与大震性能水准分析；

ETABS 2018用于小震对比分析；

PKPM/EPDA&PUSH用于静力弹塑性分析；

SAUSAGE用于大震动力弹塑性分析。

三、超限情况及性能目标

部分框支剪力墙结构《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》7度区高度限值100m，房屋高度148.1m，为超B级高度高层建筑。

扭转不规则，D栋：结构最大位移比为1.29（6层）。

构件间断，D栋：6层与15层楼面存在局部托墙转换

高位转换，D栋：项目位于7度区，在6层与15层楼面转换，超限。

本工程取抗震性能目标为C级。C级性能目标结构必须满足下表性能水准。对于框支框架（框支柱与框支梁）等关键构件，抗震性能目标提高至B级。

四、计算结果分析

1.小震计算结果对比

?

2.小震弹性时程结果

?

3.小震计算结果分析

弹性计算分析结果表明，本工程的周期比、层间位移角、刚度指标和抗剪承载力等整体指标满足规范要求。并且本工程计算的各工况中，弹性层间位移角符合规范的有关要求。

本工程采用 Etabs、YJK两个程序进行弹性计算的结果是可信的，未出现原则性冲突或矛盾的结果，说明结构体系、结构布置与构件尺寸基本合理。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.5.3条规定，B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。计算结果表明，本工程满足规范的有关要求。

根据弹性动力时程分析的主要计算结果，与振型分解反应谱法的计算结果两者取包络设计。

计算结果表明，在多遇地震（小震）作用下，所有竖向构件、连梁及框架梁全部保持弹性。全部构件的抗震承载力、各项水平位移限值和舒适度满足规范有关要求。结构一般不受损伤或不需修理可继续使用。结构在多遇地震（小震）作用下能达到预期的性能目标。

剪重比不满足规范要求的楼层，根据规范对地震力进行放大。

4.中震计算结果

通过中震分析对结构进行性能化设计，首先严格保证各构件截面（剪压比）满足要求，关键构件及普通竖向构件采用包络配筋设计，对耗能构件的箍筋也采用包络配筋设计。耗能构件的纵筋二者相差太大的构件，适当提高纵筋配筋率，以减小中震的损伤程度，满足“中震可修”的要求。通过上述中震与小震的计算结果包络设计，可以满足中震下的性能目标。

5.大震剪压比计算结果

关键构件剪压比需满足规范要求。

6.动力弹塑性结果分析

结构剪力墙的受压损伤主要集中墙的底部，多为无损伤或轻微损伤。梁的受压损伤集中剪力墙之间的梁，较多中等至重度损伤；剪力墙中上部及框支柱等竖向构件无受压损伤发生。

结构受拉损伤在结构各部位都有发生，从受拉损伤云图上看剪力墙的破坏主要集中于底部剪力墙，特别是转换层楼面以及框支梁，为轻微至轻度损伤，无中度及以上损伤。梁受拉损伤较为严重，并且沿全楼分布。部分耗能构件损坏严重。

通过对结构大震损伤分布情况的分析，可以发现结构满足大震下“关键构件轻度损坏，普通竖向构件部分中度损坏，耗能构件中度损坏、部分构件损坏比较严重”的损伤性能目标。

五、抗震加强措施

为加强底部加强区范围剪力墙延性，严格控制轴压比小于0.45。底部加强区剪力墙竖向分布筋配筋率及水平分布筋配筋率比规范要求提高0.05%至0.45%。

为确保竖向构件延性，同时满足建筑图对竖向构件截面的要求，框支框架采用型钢-混凝土构件。

根据静力推覆以及动力弹塑性的分析结果，对结构中塑性状态程度较深的框架梁，将考虑适当加大截面、提高配筋率，以提高其承载力，防止这些部位发生较大的破坏。

为使外围结构的地震作用力有效地传递到刚度较大的电梯井以及楼梯井剪力墙上，对电梯井、楼梯井及其周边楼板进行加厚，并且拉通相关范围楼板钢筋，配筋率不小于0.25%。并且对于塔楼楼板补充地震作用下的楼板应力分析并对薄弱部位加强配筋。

首层至十六层底部加强部位为特一级，框支框架为特一级。

中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时，剪力墙边缘构件内设置型钢以承担拉力。

根据动力弹塑性的分析结果，对结构中塑性状态程度较深的竖向构件，将考虑适当加大截面、提高配筋率，以提高其承载力，防止这些部位发生较大的破坏。

地下室顶板采用梁板结构，楼板板厚为180mm，采用双层双向配筋，且每个方向的配筋率不小于0.25%。

非承重墙体采用轻质墙体材料。砌体墙的构造措施：应采用措施（如柔性连接）减少对结构体系的不利影响；设置拉结钢筋、水平系梁、圈梁、构造柱等，一方面加强自身的稳定性，同时加强与结构体系的可靠拉结。

六、结论

通过基于性能的抗震分析，可以证明本工程满足国家相关规范，可以实现预期的性能目标，本工程抗震性能达到性能目标C级（框支框架B级）要求。通过基于性能的抗震设计，可以证明本结构的抗震性能相对规范的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求略有提高，满足结构抗震安全性要求。