超高层建筑结构设计探究

1工程概况

项目位于广州市海珠区，地下建筑面积20110.0m2，地上建筑面积18777.1m2。本工程为A级高层建筑，塔楼地面以上42层，首层为商业裙房，地下1层，平时主要为停车库及设备用房。本工程建筑物高127.450m，高宽比6.3，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）第3.3.1条：全部落地现浇钢筋混凝土剪力墙结构7度A级高度钢筋混凝土高层建筑适用的最大高度为120m，B级高度钢筋混凝土剪力墙高层建筑适用的最大高度为150m，本工程属B级高度超限高层建筑。

根据建筑单体的楼层总高度、抗震设防烈度、建筑使用用途等情况，塔楼采用了现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系，剪力墙厚度由底部400~300mm向上逐步收至200mm。在抗震设计中，采用PKPM和YJK程序对结构进行了弹性、弹塑性计算分析，除保证建筑结构在多遇地震作用下完全处于弹性工作外，还补充了关键构件（剪力墙、连梁和框架梁等）在中震和大震下的验算。计算结果表明，各项指标均表现良好，满足规范的有关要求。

2结构整体计算

2.1弹性阶段计算分析。弹性阶段设计采用YJK计算，并与SATWE对比，共45个结构层，模型7层梁板为结构5层梁板。以水平力与整体坐标夹角为0°、90°时。YJK与SATWE模型总质量、第一、第二平动周期、第一扭转周期基本相同，误差均不超过4.0%；有效质量系数均大于90.0%，满足规范要求；两模型各主要计算参数基本相同，风荷载作用下X方向最大层间位移角为1/1930，Y方向最大层间位移角为1/825。

2.2弹性时程分析。采用YJK进行弹性动力时程分析，选用地震波为多遇地震的5组天然波（由地震安全性评价报告提供）和2组人工波，计算分析时按7度地震Ⅱ类土，50年时限内超越概率为63.2%（小震），结构阻尼比为0.05，以水平力与整体坐标夹角为0°和90°时，基底最大剪力及最大层间位移角

（1）时程分析结果均满足平均底部剪力不小于CQC振型分解反应谱法结果的80％，每条地震波底部剪力不小于CQC振型分解反应谱法结果的65％的条件。

（2）所采用CQC振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线与时程曲线的平均地震影响系数曲线在统计意义上相符。施工图设计时，取振型分解反应谱法分析结果与弹性时程分析结果二者的包络值对结构进行设计。

2.3结构中震验算。本工程关键构件（底部加强区剪力墙、部分连梁、部分框架梁）的正截面承载力以及其他构件的承载力验算按中震抗弯、抗剪不屈服的计算方法计算：中震不屈服计算方法即计算中不考虑地震组合内力调整，荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取为1.0。

采用规范反应谱计算设防烈度地震作用，阻尼比ξ=0.05，水平最大地震影响系数αmax＝0.23，如表3所示。结论：底部加强区剪力墙和普通剪力墙满足抗弯、抗剪不屈服；剪力墙连梁大部分屈服，满足抗剪截面验算要求；框架梁在4、10、25、35存在部分屈服，但均满足抗剪截面验算要求；局部关键部位框架梁抗弯屈服、抗剪不屈服。

2.4弹塑性时程分析。运用PUSH&EPDA软件对结构单体进行弹塑性分析，并补充建筑单体在大震作用下静力弹塑性推覆分析（Pushover）。建立有限元模型，模型包含梁、柱、剪力墙等构件，按照小震弹性进行设计配筋。考虑这些构件屈服后的弹塑性性能，对其进行塑性铰分配。对梁分配弯矩铰，位置位于梁两端；对柱分配PMM铰，位置位于柱两端；对墙分配位于墙中心的剪力铰和位于墙上下位置的PMM铰。罕遇地震作用下，在性能点处，各个方向最大层间弹塑性位移角均小于剪力墙结构层间弹塑性位移角限值1/120，符合《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.7.5条的规定，建筑物可以实现“大震不倒”的抗震设防目标。

从塑性铰图分布可以判断，0°方向大震作用下剪力墙端部出现局部损伤，其他未见明显损伤，90°方向大震作用下剪力墙除了翼缘小墙肢局部损伤，其他未见明显损伤。说明剪力墙能达到性能目标D的设计要求，即在大震作用下，底部加强区剪力墙和普通剪力墙受剪截面均满足截面验算要求。

本项目为超A级高度建筑，在整体计算结果及构件内力分析中采用了PKPM和YJK两种程序进行对比分析，衡量计算的合理性及准确性；采用小震弹性时程分析、中震、大震及Pushover作为补充计算，针对相关构件的内力和配筋作出相应的调整。底部加强区剪力墙作为本工程的重要构件和主要的抗侧力构件，按中震抗弯、抗剪不屈服性能目标进行设计，对外围角部剪力墙配筋作适当的加强，增强了构件在地震作用下的延性，达到有效的协同地震。

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