超限高層商業建筑結構設計分析

曲 婷

湖南省郵電規劃設計院有限公司，湖南長沙 410000

在經濟迅猛增長的背景下，超限高層商業建筑作為城市地標性建筑其建設規模和數量呈日益增長的趨勢。但是基于龐大的體型、復雜的功能要求，使得超限高層商業建筑結構設計難度增大，如何兼顧建筑使用功能與建筑結構安全成為了一大重難點，加強此方面的分析具有重要現實意義。

1 基于性能的抗震設計

從近幾年發生的地震災害中可以看出，在建筑結構抗震設防中，需將居民安全作為設防要求，還應將地震災害發生時會對建筑和公共設施造成的影響考慮在內，以確保在地震發生后，建筑能滿足重建的基本功能需求，盡可能減少地震對生產生活及經濟發展所造成的影響。因此，對于超限高層商業建筑來說有必要考慮到性能目標的抗震設防要求。

2 工程概況

2.1 基本概況

某超限高層商業建筑是一項集住所、餐飲和地下車庫等功能為一體的綜合商業建筑，總建筑面積26.50萬㎡；該建筑中段、左段及右段的大屋面標高分別為26.40、15.90和15.90m。

結構設計方案：通過設置抗震縫將建筑上部劃分為五個單體結構，并將其嵌固于地下室頂板，這些單體結構具有受力簡單、體量較小及經濟性良好的特點。

2.2 場地條件及地基基礎設計

該項目抗震設計相關參數如表1所示。

表1 項目抗震設計相關參數

本項目場地條件為：地基土層分布較穩定，不存在液化土層；地基基礎設計為：采用樁筏基礎，以抗拔控制為主，以抗壓控制為輔；底板厚60cm，承臺高120～150cm；樁基采用長螺旋鉆孔壓管樁，樁長11m，單樁豎向抗壓設計值為700kN，抗拔承載力設計值為450kN。

3 上部結構分析和設計

3.1 結構布置及特點

本項目結構設計中所采取的控制建筑開裂措施包括：增加地下室底板、頂板、側墻貫通鋼筋；設后澆帶；混凝土內摻抗裂纖維。

本項目針對連通道、相關區域樓板的加強措施包括：增加區域樓板的厚度 （130mm），采用雙層雙向鋼筋防止在地震災害發生時，樓板過早屈服；提高區域梁的配筋率，以保證結構整體的安全性等。

3.2 結構計算分析

3.2.1 SATWE與MIDAS的對比分析

本項目所采用的結構計算分析軟件包括SATWE、MIDAS，并利用多種計算模型對結構整體及重要構件進行分析比較。SATWE、MIDAS計算結果的對比情況如表2所示。

表2 SATWE、MIDAS軟件計算結果對比

從表2對比結果可以看出，兩種軟件所呈現的結構分析結果誤差在可接受的范圍內。第一扭轉周期與第一平動周期的最大比值為SATWE軟件分析出的0.75（在規范要求的0.85以內）；考慮5%偶然偏心，X、Y方向結構最大位移比1.38、1.32。

采用動力時程分析法開展補充計算，通過地震波輸入的方式來明確建筑結構中的薄弱環節以及對地震中建筑結構震害形態、部位，并以此為依據進一步分析加強、穩固措施。

3.2.2 動力時程法與CQC的對比分析

動力時程法與CQC的對比分析結果如表3所示。

表3 動力時程法與CQC的對比分析結果

由表3中可得，動力時程法分析的X、Y最大樓層位移角和最大層間位移角大于CQC，故依據動力時程法進行設計是合理的。

3.3 結構抗震性能的優化分析

3.3.1 小震

在小震情況下，本項目建筑結構抗震性能設計需滿足以下幾點要求：

①滿足彈性要求；

②建筑結構承載力、變形滿足規程要求。

3.3.2 中震

在中震情況下，本項目建筑結構抗震性能設計需滿足以下幾點要求：

①在設防雷度或預估的罕遇地震作用下，重要構件的抗震承載力應滿足相關規定；

②水平長懸臂結構和大跨度結構中的重要構件正截面承載力應滿足相關要求；

③在預估的罕遇地震作用下，建筑結構薄弱部位的層間位移角應≥0.02。

3.3.3 大震

在大震情況下，本項目建筑結構抗震性能設計需滿足以下幾點要求：

①在預估的罕遇地震作用下，建筑結構薄弱部位的層間位移角應≥0.02；

②允許部分耗能構件發生較嚴重的損壞，重要構件抗震承載力滿足規程要求；

③允許部分豎向構件屈服，同一樓層豎向構件不宜全部屈服。具體結構構件性能目標如表4所示。

表4 結構構件抗震性能目標

5 結語

本文通過實例分析超限高層商業建筑的結構情況可以得出以下結論：①結合工程的實際情況，提出合理的抗震性能優化設計目標；②可利用動力時程法來驗證建筑結構體系的合理性；③在罕遇地震作用下，控制性能點層間位移角不超過規范要求；④結合相關設計規范要求對結構薄弱部位進行構造加強等。充分落實上述結構設計的要點，可有效提高整體結構的抗震性能，使其在各地震水準下構件承載力、變形均滿足性能目標。

[1] 梁建文，曹征洋，周德玲，等.天津市某商業大廈超限高層建筑罕遇地震下的彈塑性時程分析[J].工業建筑，2016，46（10）：179-186.

[2] 梁建文，徐曉慧，周德玲，等.天津市某商業大廈超限高層建筑靜力彈塑性分析[J].工業建筑，2016，46（12）：184-190.

[3] 龐瑞，梁書亭，冷斌，等.單向斜交網格復雜超限高層結構動力彈塑性時程分析[J].振動與沖擊，2013，32（19）：202-209.

[4] 季靜，黃超，韓小雷，等.基于性能的設計方法在超限高層建筑結構設計中的應用研究[J].世界地震工程，2007，23（1） ：98-103.