朱文環(huán)

【摘 要】本文結(jié)合某超限高層建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從荷載取值、結(jié)構(gòu)體系布置、計(jì)算模型及軟件、計(jì)算控制參數(shù)及調(diào)整方法、超限情況、抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)等方面進(jìn)行了詳細(xì)描述。闡明了框架-核心筒超限高層的一般設(shè)計(jì)方法，且為“限額”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些基本思路。

【關(guān)鍵詞】超限高層；設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)性

【Abstract】In this paper， combined with an overrun high-rise building design project， detailed descriptions are given in terms of load values， structural system layout， calculation models and software， calculation of control parameters and adjustment methods， over-limit conditions， and seismic design goals. The general design method of the framework-core tube high-level high-level is clarified， and some basic ideas for "quotas" structure design are provided.

【Key words】Overrun high level；Design；Economical

1. 工程概述

（1）本工程由超限高層寫字樓及周邊商業(yè)組成，場(chǎng)地內(nèi)設(shè)大底盤二層地下室與各個(gè)單體相連，上部用防震縫分成相對(duì)規(guī)則的各個(gè)單體。

（2）超限高層寫字樓地上38層（不含機(jī)房層和設(shè)備層），檐口高度149.95m，建筑總高158.95m，超過《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系A(chǔ)類最大高度（130m），屬于B級(jí)高度超高層建筑。

2. 荷載取值對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響

核心筒作為一個(gè)獨(dú)立的懸臂筒體結(jié)構(gòu)體系、抗震的第一道防線，承擔(dān)了絕大部分剪力（一般可大于80%）和大部分傾覆彎矩（一般可大于60%），位置關(guān)鍵，抗震要求高。理論上稀柱外框架僅承擔(dān)小部分剪力和傾覆彎矩，但作為抗震設(shè)計(jì)的二道防線也必須要有必要的剛度。

3. 結(jié)構(gòu)體系、計(jì)算模型及軟件、計(jì)算參數(shù)控制

本項(xiàng)目建筑平面呈正方形，相對(duì)簡(jiǎn)單，規(guī)則。結(jié)構(gòu)高寬比為H/B=149.95/35.55=4.2。采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系；地上及地下一層框架、剪力墻的抗震等級(jí)均采用一級(jí) ， 地下二層抗震等級(jí)為二級(jí) ；主樓地下一層與首層側(cè)向剛度比X，Y向分別為2.03，2.02，故±0.000層樓板（即地下室頂板面）作為上部嵌固部位?；炷翉?qiáng)度等級(jí)：地下室與土壤、地下水直接接觸的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用抗?jié)B等級(jí)為S8抗?jié)B密實(shí)防水混凝土，基礎(chǔ)承臺(tái)、底板、外墻、頂板均采用C40混凝土基礎(chǔ)；墊層采用C15素混凝土。

4. 計(jì)算控制參數(shù)及調(diào)整方法

4.1 周期比：

（1）平動(dòng)周期比：規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.5.3第3條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向動(dòng)力特性相近；控制指標(biāo)：規(guī)范沒有規(guī)定具體數(shù)值，一般按80%左右控制。

（2）扭轉(zhuǎn)周期比：規(guī)范出處：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條；限制目的：使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度，不能太弱，以減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響；控制指標(biāo)：B級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.85。

4.2 層間位移角：

（1）彈性層間位移角：規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.1條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.7.3條；限制目的：控制正常使用條件下的水平位移，避免過大位移影響結(jié)構(gòu)承載力和使用要求；控制指標(biāo)：框架-核心筒結(jié)構(gòu)不宜大于1/800。

（2）彈塑性層間位移角：規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.5條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.7.5條；限制目的：控制罕遇地震作用下薄弱層（部位）彈塑性變形；控制指標(biāo)：框架-核心筒結(jié)構(gòu)不宜大于1/100。

4.3 位移比：

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過大偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；控制指標(biāo)：B級(jí)高度高層在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.4。

4.4 剪重比：

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.5條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.3.12條；限制目的：控制各樓層的最小水平地震剪力，確保周期較長(zhǎng)的高層結(jié)構(gòu)安全；控制指標(biāo)：7度（0.1g）情況下1.6%，對(duì)于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。

4.5 剛重比：

規(guī)范出處：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.4.1條、5.4.4條；限制目的：確定重力荷載在水平作用位移效應(yīng)引起的二階效應(yīng)性質(zhì)，避免二階效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌；控制指標(biāo)：大于1.4，表示通過整體穩(wěn)定驗(yàn)算；大于2.7，表示可以不考慮重力二階效應(yīng)。

4.6 軸壓比：

（1）柱軸壓比：

規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6.3.6條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6.4.2條；限制目的：柱軸壓比為考慮地震作用組合作用下的比值，為了保證柱的延性要求；控制指標(biāo)：框架-核心筒結(jié)構(gòu)一級(jí)抗震等級(jí)柱為0.75。

（2）墻軸壓比：

規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6.4.2條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.2.13條；限制目的：墻軸壓比為重力荷載代表值作用下的比值，為了保證墻的延性要求；控制指標(biāo)：框架-核心筒結(jié)構(gòu)一級(jí)抗震等級(jí)剪力墻為0.5。

4.7 剛度比：

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.3條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.2條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免剛度沿豎向突變形成“軟弱層”；控制指標(biāo)：框架-核心筒結(jié)構(gòu)考慮層高修正的樓層側(cè)向剛度比不宜小于0.9；對(duì)結(jié)構(gòu)底部嵌固層不宜小于1.5。

4.8 層間受剪承載力比：

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.3條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.3條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力沿豎向突變形成“薄弱層”；控制指標(biāo)：B級(jí)高度高層建筑受剪承載力之比不應(yīng)小于75%。

4.9 框架柱0.2Qo剪力調(diào)整：

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》9.1.11條；調(diào)整目的：對(duì)外周稀柱框架按彈性剛度分配的地震剪力做基本要求，是為了保證其作為抗震的二道防線，能與核心筒協(xié)同工作形成雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系；控制指標(biāo)：當(dāng)各層框架承擔(dān)的地震剪力不小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%時(shí)，不調(diào)整；當(dāng)在10%～20%之間時(shí)，按底部總地震剪力的20%和框架部分樓層地震剪力最大值的1.5倍二者的較小值調(diào)整；當(dāng)小于10%時(shí)，需增大到底部總地震剪力的15%，且應(yīng)按規(guī)范要求加強(qiáng)第一道抗震防線核心筒剪力墻的構(gòu)造。

5. 抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1） 中震不屈服驗(yàn)算：

不計(jì)入作用分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)、不同抗震等級(jí)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)。材料承載力計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值。去掉了所有的安全度，屬于承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。

（2） 中震彈性驗(yàn)算：

不考慮內(nèi)力調(diào)整的抗震驗(yàn)算。即：內(nèi)力調(diào)整系數(shù)均取1.0；保留荷載分項(xiàng)系數(shù)（也即保留了結(jié)構(gòu)的安全度、可靠度）；材料強(qiáng)度取設(shè)計(jì)強(qiáng)度。屬于正常彈性設(shè)計(jì)范疇。

底部加強(qiáng)部位剪力墻抗剪承載力按中震彈性和小震彈性兩者取不利計(jì)算配筋。

（3） 中震不屈服、中震彈性均屬于基本烈度地震（中震）下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本工程計(jì)算結(jié)果表明，底部加強(qiáng)部位剪力墻，當(dāng)采用中震不屈服設(shè)計(jì)、中震彈性設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土用量分別比小震彈性設(shè)計(jì)增加41%、67%；鋼筋用量分別提高89%、138%。對(duì)結(jié)構(gòu)工程量的影響很大。需要謹(jǐn)慎選擇。

（4） 大震作用下的抗剪截面控制條件：

按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.11.3-4公式：VGE + VEK* ≤0.15fckbh0 計(jì)算滿足即可。其中VGE為重力荷載代表值作用下的構(gòu)件剪力；VEK*為地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的構(gòu)件剪力，不需考慮與抗震等級(jí)有關(guān)的增大系數(shù)；fck為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

6. 結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)際的框架-核心筒超限高層工程，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，從荷載取值、結(jié)構(gòu)體系布置、計(jì)算模型及軟件、計(jì)算控制參數(shù)及調(diào)整方法、超限情況、抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)等方面進(jìn)行了詳細(xì)敘述。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，會(huì)有越來越完善的理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則永遠(yuǎn)是先安全準(zhǔn)確、再經(jīng)濟(jì)合理。

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[文章編號(hào)]1619-2737（2018）03-15-758