某超限高層建筑結構設計及超限處理

傅愛華　王辰

摘要：隨著土地利用率等各方面因素的影響，高層超高層日益增多。關于這類建筑的研究課題也越來越多，本文主要是研究高層建筑的結構以及超限認定相關處理的問題，針對結構超限這一問題，結合相關案例，提出一些有針對性的解決措施。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；超限處理

中圖分類號：TU973.31文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0105-01

1.超限高層建筑概述

為規范超限高層設計，建設部頒布了《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》。10層以上的建筑被稱為高層建筑。其中包括超限高層建筑。而“小高層”和“超高層建筑”都是“民間說法”，不規范。超限高層的高度和層數并沒有統一的“定數”。對混凝土框架剪力墻結構的高層建筑，超過120米為超限高層；混合剪力墻結構為100米以上；有錯層的為80米以上；網架結構的為55米以上；而網架屋蓋結構為28米以上。但無論建筑多高，超限高層都是對工程技術質量提出了更高的挑戰。

2.超限高層建筑結構設計實例分析

2.1工程概況

某超限高層建筑，總建筑面積16000m2，地上28層，地下2層，建筑高度90m，地下室底板面標高-14.000m，室外地面標高為0.250m；采用框架一剪力墻結構。建筑主樓擬采用人工挖孔樁基礎，地下室擬采用天然地基上的擴展基礎。

2.2結構布置

建筑地上28層，裙房4層，1-4層層高為5.0m，標準層平面呈z型布置，層高為3.5m。為了滿足建筑功能需要，采用框架一剪力墻結構體系，其高寬之比為3.45，小于6，故能夠滿足《高層建筑混凝土結構設計技術規程》（JGJ3-20lO）的規定要求。

同時，設置4組落地剪力墻作為抗側力防線，以承受建筑結構的水平剪力，其中，兩組剪力墻居中布置，以形成兩個簡體。采用梁板式樓蓋，在洞口邊設置邊梁，并適當加厚樓板，確保樓板在水平作用下可靠傳遞，使得剪力墻與框架共同形成雙重抗側力結構體系。

2.3結構的超限認定

2.3.1扭轉不規則：經過結構計算分析，在地震作用下，樓層豎向構件的最大扭轉位移比：x向為1.05（4），小于1.2；Y向為1.33（1），大于1.2，且小于1.5，故屬于扭轉不規則I類。扭轉周期比：Tt/T1=0.853，小于0.9。因此，判定為扭轉不規則。

2.3.2局部樓板不連續。根據標準層結構平面分析，建筑2、4層樓面開洞面積大于50%，且建筑5層為錯層，故屬于局部樓板不連續。

2.3.3豎向不規則。將轉換層設置在3層樓面位置，轉換層以上為剪力墻結構，轉換層以下為框剪結構。因此，可以判定為豎向不規則。

2.4結構計算

本工程整體結構采用Midas/Gen7.9.5和PKPM/SATWE三維空間有限結構分析軟件進行建筑結構彈性計算。其中，Midas/Gen7.9.5主要采用三維梁單元對際結構梁柱等構件進行模擬，多種類型面單元對剪力墻進行模擬。而PKPM/SATWE程序為空間組合結構有限元分析軟件，主要采用空間桿單元對梁、柱等桿件進行模擬。周期及周期比（表1）：

表1周期及周期比表

據表1所知，第一、二周期為平動周期，第三周期為扭轉周期，第一扭轉周期與第一平周期的比值為0.853，小于0.9，故滿足《高層建筑混凝土結構設計技術規程》（JGJ3-2010）的要求。

本工程結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩在水平地震力作用下大于結構總地震傾覆力矩10%，且小于50%，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》規定，按照框架一剪力墻進行設計。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》規定，當框架一剪力墻結構樓層地震剪力標準值小于結構底部地震剪力標準值的20%時，其樓層地震剪力標準值應大于0.200和1.5Qfmax的較小值，這樣才能確保框架的抗側能力。本工程6層x向、Y向框架部分分配的樓層地震剪力標準值均小于0.2Q。所以需要將樓層地震剪力標準值進行調整，其調整系數在1～2之間。本工程x向剛重比和Y向剛重比均大于1.4，通過《高層建筑混凝土結構設計技術規程》（JGJ3-2010）的整體穩定驗算，所有x向剛重比和Y向剛重比均大于2.7，因此可以不考慮重力二階效應。

2.5超限抗震加強措施

2.5.1針對扭轉不規則情況，應按照相關規范要求，采取相應的抗震措施。

2.5.2考慮到第5層處塔樓與底盤相比，其偏心收進大于25%，所以應對該部位的樓板進行加厚，加厚至150mm。上下層樓板適當加強配筋；對于收進部位以下兩層底盤框架柱，也應適當加強配筋。對于收進部位上下各兩層塔樓豎向構件，其抗震等級應提高一級。

2.5.3考慮到部分樓層樓板大開洞而造成的局部穿層柱情況，我們需要在洞口周邊設置邊梁，同時要適當對樓板進行加厚和加大框架柱截面，確保剪力墻的穩定性；此外，要適當加強建筑結構構件中的梁、板、柱的配筋；采用PKPM/PMSAP來分析大震下的樓板彈性應力，根據計算結果對樓板配筋進行校核，加強應力集中部位樓板配筋。

3.結語

總而言之，對于超限高建筑的結構設計過程，應該在遵守現行的一系列建筑行業規范要求的前提下，對超限部分有規范的進行布置和認定，在保證建筑的整體的美觀性的同時，也要保證建筑本身的實用性和安全性。本文通過實例的分析，對建筑超限結構的處理提出了一些可行性較高的措施，供業內參考。