佛山某超限高層結構設計

楊丹

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

1 工程概況

本項目總建筑面積為98681.27m2，其中地下部分建筑面積22969.22m2。本工程為公建建筑，地下2 層、地上34 層，其中1~3 層為裙房部分，主要功能為商業；4 層為避難層，5~34 層主要功能為公寓和辦公；地面以上結構總高度為137.90m。地下主要功能為設備用房、停車庫。建筑立面如圖1 所示。

圖1 建筑立面

根據相關要求[1-2]，結構設計主要信息如表1 所示。

表1 結構設計基本信息

2 結構體系及超限判斷

2.1 結構體系

本工程采用框筒結構形式，核心筒尺寸約為17.6m×19.3m，筒體外壁厚400~700mm。塔樓標準層框架梁截面為400mm×800mm，次梁截面為200mm×800mm 和200mm×500mm。裙房板厚120mm，標準層板厚110mm，核心筒樓面加厚至h＝130mm。

2.2 結構超限類型和程度

本工程結構高137.90m，按照《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）（簡稱國家《高規》）第3.3.1 條：Ⅶ度設防烈度框筒結構對應A 級高度適用的最大高度為130m，本工程結構高度137.9m，屬B 級高度超限結構。參照相關文件[3-4]判斷，本工程存在凹凸不規則、偏心布置、尺寸突變、個別構件轉換不規則，合計3.5 項，屬B 級超限高層建筑。

3 結構抗震性能設計目標

根據本工程的超限情況，確定本工程的性能目標等級為C，具體計算依據國家《高規》及廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》（簡稱省《高規》）（DBJ/T 15－92—2021）3.11 條所列各水準的驗算公式計算[5]。抗震性能目標要求如表2 所示。

表2 結構性能目標要求

4 多遇地震分析

4.1 振型分解反應譜分析

采用YJK 軟件對結構進行整體彈性分析，并且采用STAWE 軟件對結構整體計算指標對比分析，如表3所示。

表3 整體計算結果對比

由表3 可知，兩個軟件計算的周期、振型、地震作用及風荷載作用下的最大層間位移角均小于1/650、最大層間位移比基本一致，滿足省《高規》要求。

4.2 結構的彈性時程分析

在YJK 軟件中對結構進行小震彈性時程分析補充計算，選取1 條人工波和2 條天然波計算。通過數據分析，得出以下結論。

（1）時程分析結果底部剪力滿足《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）（簡稱《抗規》）第5.1.2 條要求。

（2）3 條地震波計算包絡值小于規范反應譜結果，可見，在彈性階段，結構反應譜分析結果起控制作用。

（3）樓層位移曲線光滑無突變，可以看出以彎曲型為主，說明結構側向剛度分布較為均勻。

5 結構的中震驗算

對結構進行中震彈性計算，YJK 軟件計算結果顯示：豎向構件均未出現抗剪配筋超筋的情況，說明豎向構件處于抗剪彈性；大部分樓層的連梁出現抗剪超筋的情況，框架柱、框架梁的計算結果大于多遇地震作用計算結果，少部分框架梁出現超筋情況，普通剪力墻的約束邊緣構件縱筋計算配筋較大，但抗剪截面驗算能夠滿足相關規范要求[6]。具體如表4 所示。

表4 構件承載力計算結果

6 樓板應力分析

模型結構中2、3、17 層存在樓板大開洞等平面不規則的情況，為確保中震作用下樓板能可靠地傳遞地震水平力，采用PMSAP 模塊對中2、3、17 層進行中震作用下彈性樓板應力分析（以2 層0°和90°推覆方向地震作用為例，分別如圖2、圖3 所示），計算結果表明，各個工況下剪切應力和主應力較小，剪力墻角交接的地方和樓板開洞邊角處應力較大[7]，均不大于4MPa，說明該部位需要加強配筋。從而滿足抗震性能目標的要求。

圖2 0°推覆方向地震下剪應力

圖3 90°推覆方向地震下剪應力

7 大震靜力彈塑性分析

7.1 靜力彈塑性的簡要結果

Ⅶ度大震下靜力彈塑性分析所得的性能點處相關指標如表5 所示。

表5 靜力彈塑性簡要結果

大震下靜力彈塑性分析所得的塑性鉸分布如圖4和圖5 所示。

圖4 0°方向大震塑性鉸

圖5 90°方向大震塑性鉸

7.2 主要計算結果分析

（1）在罕遇地震作用下，X 方向的位移角為1/179，Y 方向的位移角為1/157，性能點處對應的各層彈性位移角最大值均滿足國家《高規》第3.7.5 條1/100 的限值規定，結構可實現大震抗震設防目標。

（2）加載初期，整體結構中少數連梁存在損傷，接著少數剪力墻筒體附近主梁出現受彎塑性鉸，但上述梁均沒有發生剪切破壞。在性能點處，框架柱未出現塑性鉸，處于不屈服狀態；底部加強區范圍少數幾片墻體出現抗彎損壞，均不是受剪損壞，屬輕微~中等破壞，但破壞未出現連續發展的情況。

8 樓蓋振動舒適度驗算

樓蓋豎向振動舒適度的相關要求見國家《高規》第3.7.7 條，采用Etabs 軟件對該工程裙房的典型樓蓋進行了計算分析，表6 為樓蓋結構前三階豎向振動頻率。

表6 樓蓋結構豎向振動頻率

樓蓋結構豎向振動加速度驗證如表7 所示。

表7 商場樓層豎向振動加速度計算

表7 計算結果表明，鋼筋混凝土樓蓋結構的自振頻率大于3Hz，其豎向振動峰值加速度不超過0.178m/s2，均滿足有關規定。

9 超限處理主要措施

本工程結構高度為137.9m，分析表明，結構基本能滿足抗震性能目標要求。本工程存在以下3.5 項超限：①裙房范圍塔樓偏心率大于0.15，通過計算考慮扭轉耦聯和偏心工況的影響，對結構進行處理。②尺寸突變，外挑大于4m，通過計算豎向地震作用，加強配筋。③加強裙房平面凹凸不規則處配筋，保證該層樓板大震不屈服。④個別裙房柱不連續，地震內力乘以1.25 的增大系數，并按轉換梁設計抗震構造措施。

框架柱和核心筒剪力墻的設計按中震不屈服性能目標，核心筒角部適當加強，嚴格控制框架柱、剪力墻墻肢軸壓比，增強豎向構件在中大震作用下的延性。底部加強區剪力墻滿足大震不屈服的抗震性能目標。

10 結語

本工程屬B 級高度超限高層，存在凹凸不規則、偏心布置、尺寸突變、個別構件轉換不規則共3.5 項不規則項，結構體系簡單、體型規則。針對上述超限情況，從概念設計出發，設定結構的抗震性能化目標。采用YJK、STWAE、ETABS 等程序對結構進行了彈性和彈塑性計算分析，保證結構處于小震彈性，又進行了中震、大震下關鍵構件的驗算。分析可知，整體結構各項指標良好，基本能夠滿足設定的抗震性能目標和有關規范要求，同時適當加強關鍵構件，以保證結構豎向構件在地震作用下的延性。因此，可以認為本工程結構滿足抗震設防目標等級C 的要求。結構是可行且安全的。