廣西南寧某超限高層建筑結構設計

黃劍飛 荊向曉

(華藍設計(集團)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構設計

黃劍飛 荊向曉

(華藍設計(集團)有限公司，廣西 南寧 530012)

對廣西南寧某超限高層建筑結構設計的主要過程進行分析，包括結構方案設計、結構三維整體分析、靜力彈塑性推覆，通過對結構關鍵構件進行抗震性能化設計，使該建筑結構能滿足抗震三水準設防的要求。

超限高層，轉換結構，抗震性能設計

1 工程概況

該項目位于廣西南寧市青秀區鳳嶺北佛子嶺路與金菊路交匯處東南側。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層為結構轉換層，第14層和30層為避難層。

2 結構方案

該棟超限高層建筑設計要求上部為住宅，下部為商鋪，為滿足建筑使用功能和結構的抗側剛度要求，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件采用抗側剛度較大的剪力墻，下部商鋪的豎向受力構件則主要采用抗側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件造成部分豎向受力構件上下不連續，建筑結構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合處設置結構轉換層，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。根據文獻[1]可知，結構轉換層可以采用梁式轉換、桁架式轉換和厚板轉換等多種轉換形式，而梁式轉換受力較明確，設計和施工也相對簡單，應用最為廣泛。綜合考慮建筑使用功能要求和各類轉換結構的特點，該棟超限高層采用梁式轉換的方案，如何合理布置轉換梁是本工程結構設計的難點和重點。

根據該建筑平面布置，下部商鋪僅允許相鄰商鋪間設置隔墻，商鋪靠近過道()一側需要開門，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的上部剪力墻及投影位于商鋪內的上部剪力墻用轉換梁來轉換，具體需要轉換的上部剪力墻見圖1中所圈出部分。在對應需轉換的上部剪力墻下正交布置轉換主次梁，并在轉換主梁的兩端設置框支柱，使得轉換層下部結構在兩個抗側主軸方向都能形成具有較大抗側剛度的框支框架，轉換梁的具體布置如圖1所示。

3 抗震性能目標

本項目屬于標準設防類的復雜超限高層建筑，根據文獻[2]對應超限內容對關鍵構件設定抗震設防的性能目標要求。參考文獻[3]第3.10.3條和文獻[4]第3.11.1條有關抗震性能化設計的規定，本結構的抗震性能目標為C級，對應抗震性能設計目標選擇見表1。

表1 結構抗震性能設計目標及震后性能狀態

4 結構分析

本工程采用SATWE及MIDAS BUILDING兩種軟件進行計算和分析，計算模型如圖2和圖3所示。

兩種結構設計軟件在多遇地震作用下的部分計算結果如表2所示。

由表2可知：該建筑結構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范要求。

5 結構構件抗震性能驗算及關鍵構件的抗震性能化設計

根據設定的抗震性能目標，本工程對于關鍵構件(框支框架及底部加強區墻體)、框架柱(抗剪)、非底部加強區剪力墻(抗剪)在中震下按滿足彈性設計的要求進行驗算；對于框架柱(抗彎)、非底部加強區剪力墻(抗彎)及耗能構件在中震下按不屈服的要求進行驗算；對于關鍵構件(框支框架及底部加強區墻體)(抗彎和抗剪)在罕遇地震下按不屈服的要求進行驗算，并對轉換層的樓板進行詳細有限元分析，確保轉換層樓板滿足規范規定的抗剪承載力要求，同時適當加強與轉換層相鄰樓層的樓板。設計計算時，本文通過SATWE和MIDAS BUILDING程序采用等效彈性算法進行驗算復核。

表2 兩種結構設計軟件計算結果對比

5.1 中震構件驗算

等效彈性分析(中震彈性)表明，關鍵構件(框支框架及底部加強區墻體)均處在彈性階段，其中震性能狀態能實現既定的性能目標。樓層框架梁、連梁及非底部加強區豎向構件均未出現抗彎屈服的情況，框架梁、連梁及非底部加強區豎向構件亦未出現抗剪屈服，其中震性能狀態能實現既定的性能目標。

5.2 大震構件驗算

等效彈性分析(大震不屈服)表明，關鍵構件(框支框架及底部加強區墻體)均未出現抗彎屈服的情況，關鍵構件(框支框架及底部加強區墻體)均未出現抗剪屈服的情況，其大震性能狀態能實現既定的性能目標。KZ1(見圖1)出現抗彎及抗剪屈服，經查計算結果KZ1所承擔的最大剪力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件最小抗剪截面的要求，即VGE+V×Ek<0.15fckbh0。

5.3 轉換層樓板驗算結果

采用MIDAS BUILDING的樓板詳細分析功能對轉換層樓板的抗剪承載力進行驗算，分析結果表明在兩個抗側力主軸方向上轉換層樓板的抗剪承載力均滿足規范要求。

6 罕遇地震(大震)作用下結構靜力彈塑性分析及結果

彈塑性分析中的配筋數據均來自MIDAS BUILDING軟件的配筋結果及規范要求，即彈塑性模型的配筋參數與實際配筋已較接近，所以其分析結果是接近真實的。下面分別對結構X向及Y向進行彈塑性時程分析，并得到結構單元在X向及Y向的結構反應如下：

X向地震作用下墻鉸主要分布在中下部的連梁上，局部小墻肢在轉換層上一層出現墻鉸，并且部分連梁出現了抗剪破壞，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，柱端未出現塑性鉸，Y向地震作用下墻體屈服很少，僅在轉換層上一層局部出現墻鉸。

整個地震反應過程的主要宏觀指標如表3所示。

表3 靜力彈塑性時程分析整體計算結果

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

性能點處，罕遇地震作用下，整個結構首先是梁端出現塑性鉸，分布也比較廣泛，柱未出現塑性鉸，達到“強柱弱梁”的抗震性能目標；剪力墻連梁大部分進入屈服階段，說明在大震作用下，剪力墻連梁剛度明顯退化，符合耗能構件進入屈服階段的性能目標；而剪力墻僅在轉換層上一層局部出現墻鉸，符合剪力墻屈服位置應在底部加強區的要求。

綜上所述，經過彈塑性靜力推覆分析，證明該結構能滿足大震下的抗震性能目標的要求。

7 結語

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，主樓存在3項不規則超限。通過SATWE軟件對結構進行設防烈度地震作用和罕遇地震作用下彈性及不屈服計算，以分別滿足抗震性能設計中第3和第4性能水準要求。

2)采用2種軟件對該結構進行彈性分析，分析結果基本一致，相互驗證了計算結果的合理性。另采用MIDAS BUILDING軟件對結構進行靜力彈塑性分析，結果亦表明該結構滿足規范要求。

3)通過采用合理的結構方案，并對關鍵和重要構件進行抗震性能化設計，可使該結構滿足抗震三水準“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防要求。

[1] 趙西安,郝銳坤,黃寶清,等.高層建筑轉換層結構設計及工程實例[M].北京:中國建筑科學研究院建筑結構研究所，1993.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點(2010版)[Z].2010.

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[4] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[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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