佛山某超限高层结构设计

杨丹

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

1 工程概况

本项目总建筑面积为98681.27m2，其中地下部分建筑面积22969.22m2。本工程为公建建筑，地下2 层、地上34 层，其中1~3 层为裙房部分，主要功能为商业；4 层为避难层，5~34 层主要功能为公寓和办公；地面以上结构总高度为137.90m。地下主要功能为设备用房、停车库。建筑立面如图1 所示。

图1 建筑立面

根据相关要求[1-2]，结构设计主要信息如表1 所示。

表1 结构设计基本信息

2 结构体系及超限判断

2.1 结构体系

本工程采用框筒结构形式，核心筒尺寸约为17.6m×19.3m，筒体外壁厚400~700mm。塔楼标准层框架梁截面为400mm×800mm，次梁截面为200mm×800mm 和200mm×500mm。裙房板厚120mm，标准层板厚110mm，核心筒楼面加厚至h＝130mm。

2.2 结构超限类型和程度

本工程结构高137.90m，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）（简称国家《高规》）第3.3.1 条：Ⅶ度设防烈度框筒结构对应A 级高度适用的最大高度为130m，本工程结构高度137.9m，属B 级高度超限结构。参照相关文件[3-4]判断，本工程存在凹凸不规则、偏心布置、尺寸突变、个别构件转换不规则，合计3.5 项，属B 级超限高层建筑。

3 结构抗震性能设计目标

根据本工程的超限情况，确定本工程的性能目标等级为C，具体计算依据国家《高规》及广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称省《高规》）（DBJ/T 15－92—2021）3.11 条所列各水准的验算公式计算[5]。抗震性能目标要求如表2 所示。

表2 结构性能目标要求

4 多遇地震分析

4.1 振型分解反应谱分析

采用YJK 软件对结构进行整体弹性分析，并且采用STAWE 软件对结构整体计算指标对比分析，如表3所示。

表3 整体计算结果对比

由表3 可知，两个软件计算的周期、振型、地震作用及风荷载作用下的最大层间位移角均小于1/650、最大层间位移比基本一致，满足省《高规》要求。

4.2 结构的弹性时程分析

在YJK 软件中对结构进行小震弹性时程分析补充计算，选取1 条人工波和2 条天然波计算。通过数据分析，得出以下结论。

（1）时程分析结果底部剪力满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（简称《抗规》）第5.1.2 条要求。

（2）3 条地震波计算包络值小于规范反应谱结果，可见，在弹性阶段，结构反应谱分析结果起控制作用。

（3）楼层位移曲线光滑无突变，可以看出以弯曲型为主，说明结构侧向刚度分布较为均匀。

5 结构的中震验算

对结构进行中震弹性计算，YJK 软件计算结果显示：竖向构件均未出现抗剪配筋超筋的情况，说明竖向构件处于抗剪弹性；大部分楼层的连梁出现抗剪超筋的情况，框架柱、框架梁的计算结果大于多遇地震作用计算结果，少部分框架梁出现超筋情况，普通剪力墙的约束边缘构件纵筋计算配筋较大，但抗剪截面验算能够满足相关规范要求[6]。具体如表4 所示。

表4 构件承载力计算结果

6 楼板应力分析

模型结构中2、3、17 层存在楼板大开洞等平面不规则的情况，为确保中震作用下楼板能可靠地传递地震水平力，采用PMSAP 模块对中2、3、17 层进行中震作用下弹性楼板应力分析（以2 层0°和90°推覆方向地震作用为例，分别如图2、图3 所示），计算结果表明，各个工况下剪切应力和主应力较小，剪力墙角交接的地方和楼板开洞边角处应力较大[7]，均不大于4MPa，说明该部位需要加强配筋。从而满足抗震性能目标的要求。

图2 0°推覆方向地震下剪应力

图3 90°推覆方向地震下剪应力

7 大震静力弹塑性分析

7.1 静力弹塑性的简要结果

Ⅶ度大震下静力弹塑性分析所得的性能点处相关指标如表5 所示。

表5 静力弹塑性简要结果

大震下静力弹塑性分析所得的塑性铰分布如图4和图5 所示。

图4 0°方向大震塑性铰

图5 90°方向大震塑性铰

7.2 主要计算结果分析

（1）在罕遇地震作用下，X 方向的位移角为1/179，Y 方向的位移角为1/157，性能点处对应的各层弹性位移角最大值均满足国家《高规》第3.7.5 条1/100 的限值规定，结构可实现大震抗震设防目标。

（2）加载初期，整体结构中少数连梁存在损伤，接着少数剪力墙筒体附近主梁出现受弯塑性铰，但上述梁均没有发生剪切破坏。在性能点处，框架柱未出现塑性铰，处于不屈服状态；底部加强区范围少数几片墙体出现抗弯损坏，均不是受剪损坏，属轻微~中等破坏，但破坏未出现连续发展的情况。

8 楼盖振动舒适度验算

楼盖竖向振动舒适度的相关要求见国家《高规》第3.7.7 条，采用Etabs 软件对该工程裙房的典型楼盖进行了计算分析，表6 为楼盖结构前三阶竖向振动频率。

表6 楼盖结构竖向振动频率

楼盖结构竖向振动加速度验证如表7 所示。

表7 商场楼层竖向振动加速度计算

表7 计算结果表明，钢筋混凝土楼盖结构的自振频率大于3Hz，其竖向振动峰值加速度不超过0.178m/s2，均满足有关规定。

9 超限处理主要措施

本工程结构高度为137.9m，分析表明，结构基本能满足抗震性能目标要求。本工程存在以下3.5 项超限：①裙房范围塔楼偏心率大于0.15，通过计算考虑扭转耦联和偏心工况的影响，对结构进行处理。②尺寸突变，外挑大于4m，通过计算竖向地震作用，加强配筋。③加强裙房平面凹凸不规则处配筋，保证该层楼板大震不屈服。④个别裙房柱不连续，地震内力乘以1.25 的增大系数，并按转换梁设计抗震构造措施。

框架柱和核心筒剪力墙的设计按中震不屈服性能目标，核心筒角部适当加强，严格控制框架柱、剪力墙墙肢轴压比，增强竖向构件在中大震作用下的延性。底部加强区剪力墙满足大震不屈服的抗震性能目标。

10 结语

本工程属B 级高度超限高层，存在凹凸不规则、偏心布置、尺寸突变、个别构件转换不规则共3.5 项不规则项，结构体系简单、体型规则。针对上述超限情况，从概念设计出发，设定结构的抗震性能化目标。采用YJK、STWAE、ETABS 等程序对结构进行了弹性和弹塑性计算分析，保证结构处于小震弹性，又进行了中震、大震下关键构件的验算。分析可知，整体结构各项指标良好，基本能够满足设定的抗震性能目标和有关规范要求，同时适当加强关键构件，以保证结构竖向构件在地震作用下的延性。因此，可以认为本工程结构满足抗震设防目标等级C 的要求。结构是可行且安全的。