超限高层建筑结构设计分析

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摘要：根据温州三江立体城希尔顿酒店工程特点和结构设计情况，针对高位竖向构件收进和楼板不连续及扭转不规则超限情况，采取了基于性能的抗震设计和比规范要求更为严格的抗震措施。经对结构进行多模型、多软件及线性和非线性结构分析，结果表明，结构的工作状态和性能均能达到设计的预期性能目标Ｃ级和规范要求。

关键词：超限高层；性能设计；高位收进

１工程概况

该项目为温州三江立体城希尔顿酒店，位于温州市永嘉县瓯江口，总建筑面积约８万ｍ２，地上６万ｍ２，地下２万ｍ２，２层地下室，地上共４０层，结构总高度１４８.１ｍ，功能为酒店和公寓式酒店。地下为停车场、酒店服务用房和设备用房。该酒店由塔楼和裙房组成，塔楼与裙房间设置结构缝脱开。塔楼为框架－核心筒结构，局部设置型钢混凝土柱。设防烈度为６度，场地类别为Ⅳ类。结构嵌固端设置在地下２层顶板。根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程有尺寸突变（高位竖向构件收进）和楼板不连续及扭转不规则三项超限情况，综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，本项目性能目标选用“Ｃ”［１］。采用ＹＪＫ、Ｍｉｄａｓ／Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ进行静力和小震弹性反应谱工况的计算分析以及进行多遇地震时程分析和中震作用下的反应谱分析，并验证各构件在中震和大震作用下的性能目标；采用ＰＫＰＭ－ＥＤＰＡ进行大震工况下静力弹塑性推覆分析。见图１、图２。由图１、图２可知，塔楼共进行３次竖向构件收进，存在局部楼板不连续大开洞等超限情况。最大位移比为１.２２，大于１.２，属于扭转不规则。

２小震弹性反应谱分析及时程分析

首先进行多模型对比，经计算，ＹＪＫ模型与Ｍｉ⁃ｄａｓ／Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ模型动力特性相近，位移比、位移角均满足规范限值要求。见表１、表２。其次，根据规范选波要求，选用２条天然波（Ｃｈｉ－Ｃｈｉ，Ｔａｉｗａｎ－０６＿ＮＯ＿３２８８，ＩｍｐｅｒｉａｌＶａｌｌｅｙ－０６＿ＮＯ＿１７８）和１条人工波（ＲＨ１ＴＧ０６５）进行小震弹性时程分析，并与规范反应谱进行分析对比［２］。见图３。对于塔楼，底部５层及顶部１０层时程分析的剪力包络值略大于规范反应谱法的结果。结构应采取包络设计，对反应谱的地震力采取放大处理，放大系数取各个楼层的地震剪力增大值。

３中震弹性反应谱分析及时程分析

采用Ｍｉｄａｓ进行验算，层间位移角均小于规范限值１／８００，满足弹性要求。核心筒弯矩根部最大，沿高度逐层均匀减小，未出现突变楼层，符合中震弹性性能要求。见图４、图５。

４大震静力弹塑性分析

采用ＰＫＰＭ－ＥＤＰＡ进行大震静力弹塑性分析计算，以Ｘ向为例，性能点对应第２０个加载步，相应性能的基底剪力为３４１２１ｋＮ，性能点的附加阻尼比为０.０２９，等效周期为４.２８３ｓ，性能点对应的最大层间位移角为１／３２４。见图６。当水平荷载达到６度罕遇地震作用时，剪力墙、框架柱均未屈服，部分楼层连梁出现塑性铰，但剪力墙均未出现塑性铰，符合“强墙肢弱连梁”的概念设计原则。剪力墙顶部局部位置出现破坏，但不影响整个结构，此区域剪力墙应加强配筋。

５楼板应力分析

６层、１５层、２６层分别存在竖向构件收进现象，此三处楼板按弹性膜设置，板厚１５０ｍｍ，采用Ｍｉｄａｓ９３第２期高炳鹏：温州某超限高层建筑结构设计分析－Ｂｕｉｌｄｉｎｇ进行弹性楼板应力分析。此外，第二层楼板最大内力为３５５Ｎ／ｍｍ，换算应力为３５５／１５０＝２.３７Ｎ／ｍｍ２，大于Ｃ３０混凝土ｆｔ＝１.４３Ｎ／ｍｍ２。设计时应加强此部位楼板的配筋，配置双层双向钢筋网。

６结语

通过计算分析，采取以下抗震措施：１）增大底部剪力墙厚度，控制底部剪力墙轴压比小于０.６，剪压比小于０.１５，增大底部剪力墙配筋率和配箍率。２）控制收进层框架柱的轴压比，箍筋全长加密，并适当提高收柱层上下２层的框架柱配筋率和配箍率，抗震等级提高一级。３）增大收柱层楼及其上下各一层楼板厚度至１５０ｍｍ。板配筋采取双层双向拉通配置，提高板配筋率不小于０.３％。４）对楼板大开洞的情况，在洞口边设梁，并加强洞口周围楼板的厚度及配筋。对由于楼面开洞形成的狭长板带传递水平力时，加强周边梁的纵向钢筋及腰筋配置，锚固长度可加大。大开洞周边的框架柱箍筋全高加密，抗震构造措施提高一级。

参考文献

［１］中国建筑科学研究院．建筑抗震设计规范：ＧＢ５００１１—２０１０［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．

［２］王亚勇．关于设计反应谱、时程法和能量方法的探讨［Ｊ］．建筑结构学报，２０００，２１（１）：７１－７６．

作者：高炳鹏 单位：浙江省建筑设计研究院