廣西南寧某超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃劍飛 荊向曉

(華藍(lán)設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司，廣西 南寧 530012)

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廣西南寧某超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃劍飛 荊向曉

(華藍(lán)設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司，廣西 南寧 530012)

對廣西南寧某超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要過程進(jìn)行分析，包括結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)三維整體分析、靜力彈塑性推覆，通過對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)，使該建筑結(jié)構(gòu)能滿足抗震三水準(zhǔn)設(shè)防的要求。

超限高層，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，抗震性能設(shè)計(jì)

1 工程概況

該項(xiàng)目位于廣西南寧市青秀區(qū)鳳嶺北佛子嶺路與金菊路交匯處東南側(cè)。該棟超高層商住樓建筑高度132.5 m，3層地下室，地面以上主樓42層，下面3層為商鋪，上面39層為住宅，上部住宅平面尺寸約為長33.9 m，寬23.5 m，其中第3層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，第14層和30層為避難層。

2 結(jié)構(gòu)方案

該棟超限高層建筑設(shè)計(jì)要求上部為住宅，下部為商鋪，為滿足建筑使用功能和結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度要求，除豎向交通樓電梯間部分從下到上均為剪力墻以外，上部住宅的主要豎向受力構(gòu)件采用抗側(cè)剛度較大的剪力墻，下部商鋪的豎向受力構(gòu)件則主要采用抗側(cè)剛度相對較小的框支柱。上下不同類型和不同布置間距的豎向受力構(gòu)件造成部分豎向受力構(gòu)件上下不連續(xù)，建筑結(jié)構(gòu)的豎向傳力不夠合理，因此需要在上部住宅和下部商鋪的結(jié)合處設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，以確保上部剪力墻的荷載能更合理的傳給下部框支柱及落地剪力墻。根據(jù)文獻(xiàn)[1]可知，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層可以采用梁式轉(zhuǎn)換、桁架式轉(zhuǎn)換和厚板轉(zhuǎn)換等多種轉(zhuǎn)換形式，而梁式轉(zhuǎn)換受力較明確，設(shè)計(jì)和施工也相對簡單，應(yīng)用最為廣泛。綜合考慮建筑使用功能要求和各類轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，該棟超限高層采用梁式轉(zhuǎn)換的方案，如何合理布置轉(zhuǎn)換梁是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

根據(jù)該建筑平面布置，下部商鋪僅允許相鄰商鋪間設(shè)置隔墻，商鋪靠近過道()一側(cè)需要開門，因此不允許上部剪力墻落下，所以考慮將與下部商鋪隔墻位置對應(yīng)的上部剪力墻和樓電梯間的剪力墻以及商鋪以外的剪力墻落地，而將商鋪開門處對應(yīng)的上部剪力墻及投影位于商鋪內(nèi)的上部剪力墻用轉(zhuǎn)換梁來轉(zhuǎn)換，具體需要轉(zhuǎn)換的上部剪力墻見圖1中所圈出部分。在對應(yīng)需轉(zhuǎn)換的上部剪力墻下正交布置轉(zhuǎn)換主次梁，并在轉(zhuǎn)換主梁的兩端設(shè)置框支柱，使得轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)在兩個(gè)抗側(cè)主軸方向都能形成具有較大抗側(cè)剛度的框支框架，轉(zhuǎn)換梁的具體布置如圖1所示。

3 抗震性能目標(biāo)

本項(xiàng)目屬于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類的復(fù)雜超限高層建筑，根據(jù)文獻(xiàn)[2]對應(yīng)超限內(nèi)容對關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)定抗震設(shè)防的性能目標(biāo)要求。參考文獻(xiàn)[3]第3.10.3條和文獻(xiàn)[4]第3.11.1條有關(guān)抗震性能化設(shè)計(jì)的規(guī)定，本結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)為C級，對應(yīng)抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)選擇見表1。

表1 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)及震后性能狀態(tài)

4 結(jié)構(gòu)分析

本工程采用SATWE及MIDAS BUILDING兩種軟件進(jìn)行計(jì)算和分析，計(jì)算模型如圖2和圖3所示。

兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在多遇地震作用下的部分計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2可知：該建筑結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的周期比、位移角、位移比和剛度比均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能驗(yàn)算及關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能化設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)定的抗震性能目標(biāo)，本工程對于關(guān)鍵構(gòu)件(框支框架及底部加強(qiáng)區(qū)墻體)、框架柱(抗剪)、非底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻(抗剪)在中震下按滿足彈性設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行驗(yàn)算；對于框架柱(抗彎)、非底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻(抗彎)及耗能構(gòu)件在中震下按不屈服的要求進(jìn)行驗(yàn)算；對于關(guān)鍵構(gòu)件(框支框架及底部加強(qiáng)區(qū)墻體)(抗彎和抗剪)在罕遇地震下按不屈服的要求進(jìn)行驗(yàn)算，并對轉(zhuǎn)換層的樓板進(jìn)行詳細(xì)有限元分析，確保轉(zhuǎn)換層樓板滿足規(guī)范規(guī)定的抗剪承載力要求，同時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)與轉(zhuǎn)換層相鄰樓層的樓板。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，本文通過SATWE和MIDAS BUILDING程序采用等效彈性算法進(jìn)行驗(yàn)算復(fù)核。

表2 兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)果對比

5.1 中震構(gòu)件驗(yàn)算

等效彈性分析(中震彈性)表明，關(guān)鍵構(gòu)件(框支框架及底部加強(qiáng)區(qū)墻體)均處在彈性階段，其中震性能狀態(tài)能實(shí)現(xiàn)既定的性能目標(biāo)。樓層框架梁、連梁及非底部加強(qiáng)區(qū)豎向構(gòu)件均未出現(xiàn)抗彎屈服的情況，框架梁、連梁及非底部加強(qiáng)區(qū)豎向構(gòu)件亦未出現(xiàn)抗剪屈服，其中震性能狀態(tài)能實(shí)現(xiàn)既定的性能目標(biāo)。

5.2 大震構(gòu)件驗(yàn)算

等效彈性分析(大震不屈服)表明，關(guān)鍵構(gòu)件(框支框架及底部加強(qiáng)區(qū)墻體)均未出現(xiàn)抗彎屈服的情況，關(guān)鍵構(gòu)件(框支框架及底部加強(qiáng)區(qū)墻體)均未出現(xiàn)抗剪屈服的情況，其大震性能狀態(tài)能實(shí)現(xiàn)既定的性能目標(biāo)。KZ1(見圖1)出現(xiàn)抗彎及抗剪屈服，經(jīng)查計(jì)算結(jié)果KZ1所承擔(dān)的最大剪力VGE+V×Ek=23.35+772.4=795.75 kN，而0.15fckbh0=0.15×35.5×550×500=1 464.375 kN，能滿足大震下豎向構(gòu)件最小抗剪截面的要求，即VGE+V×Ek<0.15fckbh0。

5.3 轉(zhuǎn)換層樓板驗(yàn)算結(jié)果

采用MIDAS BUILDING的樓板詳細(xì)分析功能對轉(zhuǎn)換層樓板的抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算，分析結(jié)果表明在兩個(gè)抗側(cè)力主軸方向上轉(zhuǎn)換層樓板的抗剪承載力均滿足規(guī)范要求。

6 罕遇地震(大震)作用下結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析及結(jié)果

彈塑性分析中的配筋數(shù)據(jù)均來自MIDAS BUILDING軟件的配筋結(jié)果及規(guī)范要求，即彈塑性模型的配筋參數(shù)與實(shí)際配筋已較接近，所以其分析結(jié)果是接近真實(shí)的。下面分別對結(jié)構(gòu)X向及Y向進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，并得到結(jié)構(gòu)單元在X向及Y向的結(jié)構(gòu)反應(yīng)如下：

X向地震作用下墻鉸主要分布在中下部的連梁上，局部小墻肢在轉(zhuǎn)換層上一層出現(xiàn)墻鉸，并且部分連梁出現(xiàn)了抗剪破壞，可把此部分連梁做成鋼板混凝土組合連梁，提高連梁抗剪承載力。

Y向地震作用下梁端塑性鉸主要分布在中下部及上部，柱端未出現(xiàn)塑性鉸，Y向地震作用下墻體屈服很少，僅在轉(zhuǎn)換層上一層局部出現(xiàn)墻鉸。

整個(gè)地震反應(yīng)過程的主要宏觀指標(biāo)如表3所示。

表3 靜力彈塑性時(shí)程分析整體計(jì)算結(jié)果

在考慮重力二階效應(yīng)不利影響的情況下，X向及Y向最大層間位移角均小于規(guī)范限值的1/120，滿足規(guī)范要求，且基底剪力與小震彈性作用下基底剪力比均在4～5之間，說明結(jié)構(gòu)還是具有足夠的抵抗力，滿足“大震不倒”的設(shè)防要求。

性能點(diǎn)處，罕遇地震作用下，整個(gè)結(jié)構(gòu)首先是梁端出現(xiàn)塑性鉸，分布也比較廣泛，柱未出現(xiàn)塑性鉸，達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”的抗震性能目標(biāo)；剪力墻連梁大部分進(jìn)入屈服階段，說明在大震作用下，剪力墻連梁剛度明顯退化，符合耗能構(gòu)件進(jìn)入屈服階段的性能目標(biāo)；而剪力墻僅在轉(zhuǎn)換層上一層局部出現(xiàn)墻鉸，符合剪力墻屈服位置應(yīng)在底部加強(qiáng)區(qū)的要求。

綜上所述，經(jīng)過彈塑性靜力推覆分析，證明該結(jié)構(gòu)能滿足大震下的抗震性能目標(biāo)的要求。

7 結(jié)語

1)本工程高度在B級高度高層建筑最大適用高度范圍以內(nèi)，主樓存在3項(xiàng)不規(guī)則超限。通過SATWE軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)防烈度地震作用和罕遇地震作用下彈性及不屈服計(jì)算，以分別滿足抗震性能設(shè)計(jì)中第3和第4性能水準(zhǔn)要求。

2)采用2種軟件對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性分析，分析結(jié)果基本一致，相互驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的合理性。另采用MIDAS BUILDING軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析，結(jié)果亦表明該結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。

3)通過采用合理的結(jié)構(gòu)方案，并對關(guān)鍵和重要構(gòu)件進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)，可使該結(jié)構(gòu)滿足抗震三水準(zhǔn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

[1] 趙西安,郝銳坤,黃寶清,等.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京:中國建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所，1993.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)(2010版)[Z].2010.

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

The structural design of an overrun high-rise building in Guangxi Nanning

Huang Jianfei Jing Xiangxiao

(Hualan(Group)LimitedCompany,Nanning530012,China)

This paper analyzed the main process of an overrun high-rise building structural design in Guangxi Nanning, including the structural scheme design, structural three-dimensional whole analysis, static elastic-plastic pushover. Through the seismic performance design of structure key components, made the building structure meet the requirements of three seismic fortification levels.

overrun high-rise, transfer structure, seismic performance design

1009-6825(2017)18-0035-02

2017-04-19

黃劍飛(1977- )，男，碩士，工程師； 荊向曉(1981- )，男，高級工程師

TU318

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