潘偉明

摘要：通過對(duì)一高層超限設(shè)計(jì)過程的介紹，重點(diǎn)討論了超限判定、計(jì)算要點(diǎn)、步驟、方法等問題。

關(guān)鍵詞：超限高層；時(shí)程分析；中震彈性；中震不屈服；靜力彈塑性

1.工程概況

恒大金碧華府項(xiàng)目場(chǎng)地位于廣東省東莞市莞城區(qū)區(qū)政府旁，總建筑面積約為31萬m²。本工程地下室埋深南面高北面低，相差約8m，故考慮地下室-2層樓面為整個(gè)工程的水平嵌固端，-2層以上采用抗震縫將各棟分開。本工程為地面以上12棟高層帶一層地下室的建筑，其中5棟超限高層，本文僅以其中1棟為代表說明。塔樓為地上45層剪力墻結(jié)構(gòu)，高寬比為7.5，長(zhǎng)寬比為1.23，總高度為149.4m。

塔樓位于整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的東北側(cè)，為場(chǎng)地低區(qū)，負(fù)二層板為本塔樓的水平嵌固層，地下室埋深為5m。地面以上三層為裙房，裙房為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房以上為剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻主要在電梯間、房間分隔墻等位置設(shè)置。根據(jù)建筑物的總高度、抗震設(shè)防烈度、建筑的用途等情況，本工程采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件為剪力墻。

根據(jù)《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查實(shí)施細(xì)則》（粵建市函[2011]580號(hào)），本工程高度超過規(guī)定限值，結(jié)構(gòu)類型符合現(xiàn)行規(guī)范的適用范圍，不屬于結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的鋼筋混凝土高層建筑，但存在“超限審查要點(diǎn)表2”所列不規(guī)則項(xiàng)的“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則”1項(xiàng)不規(guī)則，“超限審查要點(diǎn)表3”所列不規(guī)則項(xiàng)為0項(xiàng)不規(guī)則；屬于超限高層建筑。

2.設(shè)計(jì)條件

本工程的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造跡象，土層等效剪切波速120-235m/s之間，場(chǎng)地土為中軟土～中硬土，場(chǎng)地覆蓋層度平均1.400-14.80m，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。場(chǎng)地位于Ⅵ度區(qū)，由于小震下安評(píng)的影響系數(shù)比規(guī)范的影響系數(shù)大，故小震采用安評(píng)值計(jì)算（α_max=0.0711），中震和大震則按規(guī)范值計(jì)算。結(jié)構(gòu)水平位移驗(yàn)算時(shí)基本風(fēng)壓采用0.55kN/m²，結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算時(shí)基本風(fēng)壓采用0.605kN/m²，地面粗糙度類別為B類，體型系數(shù)為1.4。

3.彈性計(jì)算結(jié)果及分析

采用PKPM的SATWE（新規(guī)范版2010版）為主要計(jì)算程序，GSSAP（新規(guī)范版16.0版）為對(duì)比計(jì)算程序；

（1）結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算結(jié)果（見表1）

（2）彈性時(shí)程分析及對(duì)比（見表2）

采用SATWE進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析，輸入地震波為五組實(shí)際地震記錄和兩條場(chǎng)地合成人工波。小震下的彈性時(shí)程分析按Ⅵ度地震2類土，阻尼比為0.05考慮，最大加速度峰值按規(guī)范取為31gal。

由以表1-2可看出：

彈性時(shí)程分析結(jié)果滿足平均底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果的80%，每條地震波底部剪力不小于反應(yīng)譜法結(jié)果的65%的條件。在x向地震作用下，彈性時(shí)程分析的各樓層平均剪力結(jié)果接近于規(guī)范反應(yīng)譜結(jié)果；在Y向地震作用下，彈性時(shí)程分析的各樓層平均剪力結(jié)果接近或略大于規(guī)范反應(yīng)譜結(jié)果，10層處的樓層剪力差別比其他樓層大，相差約6.0%，40層處的層問位移角差別比其他樓層大，相差約5.0%，加速度時(shí)程最大平均層問位移角小于規(guī)范限值1/1000。對(duì)這些樓層將振型分解法的地震力按相應(yīng)的差值放大，則能達(dá)到包絡(luò)時(shí)程分析的結(jié)果的目的。

4.中震驗(yàn)算

采用SATWE作中震作用下除普通樓板、次梁以外所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，根據(jù)其抗震性能目標(biāo)，結(jié)合《高規(guī)》中“不同抗震性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)要求”的相關(guān)公式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能計(jì)算分析。

本工程的底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻（關(guān)鍵部位）的受剪承載力按中震彈性的計(jì)算方法計(jì)算，即不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，但考慮荷載作用分項(xiàng)系數(shù)，考慮材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)。

非底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻的正截面承載力以及其他構(gòu)件的承載力驗(yàn)算按中震不屈服的計(jì)算方法計(jì)算，即計(jì)算中不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整、荷載作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取為1.0。

中震計(jì)算采用反應(yīng)譜法，《安評(píng)報(bào)告》中最大地震影響系數(shù)比規(guī)范大，故取規(guī)范值：α_max=0.12，阻尼比∈=0.06。

在中震彈性計(jì)算時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻沒有出現(xiàn)超筋的情況，只有個(gè)別連梁出現(xiàn)超筋情況，關(guān)鍵部位正載面承載力驗(yàn)算滿足要求。

在中震不屈服計(jì)算時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻沒有出現(xiàn)超筋的情況，非底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻正截面承載力驗(yàn)算滿足“抗彎、抗剪不屈服”的要求；個(gè)別樓層的連梁或剪力墻出現(xiàn)超筋的情況，框架柱、框架梁的配筋需求比多遇地震作用下的需求略低，框架柱和框架梁沒有出現(xiàn)超筋情況，普通剪力墻配筋率較低，其滿足抗剪截面驗(yàn)算的要求。全樓剛性樓板計(jì)算的中震彈性最大層問位移為：1/938（x向）、1/863（Y向）。

5.靜力彈塑性分析

按規(guī)范要求的“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，采用PUSH&EPDA程序?qū)ㄖ镌诤庇龅卣鹱饔孟逻M(jìn)行靜力彈塑性推覆分析。分兩步進(jìn)行加載：第一步為施加重力荷載代表值，并在后續(xù)施加水平荷載過程中保持恒定；第二步為逐步施加豎向分布模式為倒三角的水平荷載。性能點(diǎn)處頂點(diǎn)位移為：259.0mm（X向）、294.3（Y向）；最大層間位移角為：1/514（x向）、1/455（Y向）；基底剪力：14491kN（x向）、13945kN（Y向）。

在罕遇地震作用下，最大層間位移角為1/455，性能點(diǎn)處各層彈性位移角滿足性能C“層間位移應(yīng)小于1/250”的要求，建筑物可實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

在兩向推覆下，結(jié)構(gòu)在加載開始時(shí)，樓層底部連梁開始出現(xiàn)一些微裂縫，隨著加載步數(shù)的不斷增加，連梁開裂不斷向上部樓層發(fā)展，在性能點(diǎn)處時(shí)樓層墻體在出現(xiàn)一定數(shù)量的裂縫，但剪力墻沒有出現(xiàn)破壞，屬于輕微損傷。

性能點(diǎn)處構(gòu)件具體情況見表3。

6.結(jié)論

（1）選用7組地震波，對(duì)結(jié)構(gòu)作彈性時(shí)程分析，在滿足規(guī)范對(duì)時(shí)程分析結(jié)果要求的同時(shí)，將結(jié)果與反應(yīng)譜分析結(jié)果相比較。對(duì)彈性時(shí)程分析結(jié)果凸顯出比反應(yīng)譜法有更大地震反應(yīng)的構(gòu)件或樓層，應(yīng)加強(qiáng)與包絡(luò)設(shè)計(jì)。

（2）對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行中震彈性驗(yàn)算，通過中震的計(jì)算結(jié)果可知，關(guān)鍵構(gòu)件滿足規(guī)定的性能要求。

（3）針對(duì)上述超限情況，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的PUSHOVER分析，以確定結(jié)構(gòu)能滿足第二階段抗震設(shè)防水準(zhǔn)要求，并對(duì)薄弱構(gòu)件制定相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

（4）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則使主體結(jié)構(gòu)薄弱部位通常出現(xiàn)在整體結(jié)構(gòu)邊緣區(qū)域，設(shè)計(jì)時(shí)采取減小邊緣結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件軸壓比、剪壓比及提高配箍率、配筋率等措施，提高結(jié)構(gòu)延性，避免脆性破壞。

綜上所述，本工程雖然存在1項(xiàng)不規(guī)則，高寬比達(dá)7.5，但結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中充分利用概念設(shè)計(jì)方法，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)定抗震性能化目標(biāo)。從各種計(jì)算結(jié)果顯示本工程除能滿足豎向荷載和風(fēng)荷載作用下的有關(guān)指標(biāo)外，亦滿足“性能目標(biāo)C”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[4]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010.

收稿日期：2013-5-3