某超限高层建筑的结构分析设计

王玲玲 上海市杨浦区建筑业管理署，上海 200090

某超限高层建筑的结构分析设计

王玲玲 上海市杨浦区建筑业管理署，上海 200090

某超限高层建筑平面、竖向均不规则，结构设计时重点从概念设计出发，采用两种计算方法进行分析，并针对薄弱环节采取加强措施，保证结构安全合理，文中着重介绍其结构超限分析及抗震加强措施。

高层建筑；不规则建筑；抗震措施；结构分析

1 工程概况

本工程位于上海市卢湾区，地下一层连为一体，地上以抗震缝（缝宽200mm）分为独立的两部分，左单体地上17层，局部18层，右单体地上16层，局部17层。地下室层高4.35m，首层及二层层高4m，三至十七层标准层层高均为3m。

本工程属于丙类建筑，设计使用年限为50年，安全等级二级。基本风压按50年一遇取值ω0＝0.55kN/m2，地面粗糙度为C类。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为上海IV类场地，设计特征周期Tg=0.9s，结构阻尼比取0.05。地下室防水等级为一级，地基基础安全等级为二级。

本工程属于80m以下的剪力墙结构带2层裙房，裙房部分是框架结构，地下一层至地上四层按框架—剪力墙结构确定抗震等级，框架为三级，剪力墙为二级，以上层按剪力墙结构确定抗震等级，剪力墙为三级。右单体底部住宅门厅入口处框支框架抗震等级取一级。

2 地基基础设计

基础采用桩基筏板形式。本工程东临马当路下的地铁线，且周边地下管线密集，周围环境条件复杂，故选择对周边环境影响较小的钻孔灌注桩。主楼与框架裙房连为一体，层数相差较大，故应减小沉降差。主楼平面及竖向均不规则，对不均匀沉降非常敏感，且主楼临近地铁线，故应尽量减小主楼的沉降值，避免过大的沉降差，以减小沉降对上部结构的影响。主楼采用直径700mm的钻孔灌注桩，桩长59米，以⑦2层粉砂夹砂质粉土为桩基持力层，单桩竖向承载力设计值3300kN，裙房采用直径600mm的钻孔灌注桩，桩长48米，以⑤3层黏质粉土夹粉质黏土为桩基持力层，单桩竖向承载力设计值1900kN。沉降计算采用同济启明星软件PILE2005，基础中心沉降计算值为18mm，最大沉降差为9mm，均满足规范及地铁方要求。

3 结构超限情况判别及抗震措施

3.1 上部结构超限情况判别

（1）扭转不规则：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，部分楼层竖向构件的最大位移和层间位移大于该楼层平均位移的1.2倍，小于1.5倍。

（2）平面凹凸不规则：标准层南侧凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的30%（左单体约32%，右单体约36.9%）。

（3）楼板局部不连续：二层中间部位楼板有较大面积开洞，使有效楼板宽度小于楼板典型宽度的50%（左单体约21%，右单体约24%），首层部分楼板开洞。

（4）竖向不规则：右单体住宅门厅三层以上部分剪力墙的内力通过设置于三层的转换大梁向下传递，竖向抗侧力构件不连续。

3.2 针对超限情况的概念设计及抗震措施

针对上述超限情况，采取了下列措施：

（1）虽然首层楼板存在一定面积的开洞，但为避免大底盘多塔楼的影响，仍以首层楼板作为上部结构的嵌固端，并补充计算了首层楼板作为弹性楼板的应力，控制多遇地震下主拉应力不大于混凝土的抗拉强度，基本烈度下（近似取多遇地震应力的3倍）板内钢筋不屈服。

（2）剪力墙布置尽量均匀，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，使楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不大于该楼层平均值的1.5倍，并考虑双向地震的影响。

（3）洞口及凹口周围楼板定义为弹性板，计算时考虑其弹性变形影响，并加大楼板厚度，加强配筋。

（4）针对二层平面不规则的情况加大二层洞边楼板厚度为150mm，并采用双层双向配筋。三层为裙房屋顶，竖向刚度有变化，楼板厚度取150mm，并采用双层双向配筋。

（5）右单体三层为局部转换层，转换部位楼板厚度取180mm，双层双向配筋。框支梁、柱抗震等级定义为一级。指定三层为薄弱层，地震剪力放大1.15倍。

（6）调整剪力墙长度及厚度，使结构的侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的70%和其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，且楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的80%。

（7）地下室至裙房顶上两层抗震等级取二级，剪力墙均采用约束边缘构件。

（8）地下室顶板及裙房屋顶板局部错层交界处剪力墙墙身配筋率取0.5%，框架梁增强抗扭构造措施。

4 结构整体计算分析

本工程属平面和立面均不规则的超限高层。结构计算采用中国建研院SATWE和PMSAP进行结构建模分析，并采用扭转耦联阵形分解反应谱法，分别考虑偶然偏心和双向地震作用下的扭转影响，同时考虑局部楼板为弹性板进行计算分析。

4.1 反应谱法主要计算结果

（1）两个程序对比计算结果，结构前三个振型动力特性基本吻合，第一、二振型以平动为主，第三振型扭转为主，第三周期与第一周期比左单体SATWE结果为0.82，PASAP结果为0.83，右单体两结果均为0.72，均小于0.85。

（2）最大层间位移：左单体：SATWE结果X向为1/1092，Y向为1/1096，PMSAP结果X向为1/1085，Y向为1/1150；右单体：SATWE结果X向为1/1110，Y向为1/1185，PMSAP结果X向为1/1104，Y向为1/1176。两个程序计算的结果基本接近，均满足规范要求。

（3）两个程序计算的地震作用力基本相同。

（4）各楼结构的侧向刚度（等效剪切刚度）两程序均不小于相邻上部楼层侧向刚度的70%和其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，且楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的80%。

4.2 SATWE时程分析主要计算结果

应用SATWE程序对本工程进行了动力时程分析，输入了两组实际地震记录（TH1TG090、TH2TG090均为特征周期0. 9 秒，Ⅳ类场地）和一组人工模拟（RH1TG090）的加速度时程曲线。每条时称曲线计算所得的结构底部剪力不小于反应谱法的65%，三条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。时程分析计算结果与反应谱法计算结果基本吻合，符合规范要求。

最终结构效应取SATWE时程分析、SATWE阵形分解反应谱法和PMSAP阵形分解反应谱法三者计算结果的较大值。

5 结语

本工程左单体属于平面特别不规则的超限高层建筑，右单体属于平面特别不规则及竖向不规则的超限高层建筑。在设计中针对结构的超限情况采取了相应的抗震加强措施。对两个单体进行了两个不同力学模型的程序计算对比，计算结果均满足相关规范要求；进行了弹性时程分析，时程分析结果该结构体系不存在薄弱层，动力时程分析反应值的曲线均在CQC包络线之内，说明采用反应谱法设计是安全、可靠的。分析结果显示，结构的各项性能指标均满足规范要求，可满足抗震设防目标的三水准要求，为同类超限高层的结构分析设计提供了有力的参考。

[1]高层建筑混凝土结构技术规程 [S]. JGJ3-2002.北京：中国建筑工业出版社. 2002年

[2]建筑抗震设计规范 [S].GB 50011-2001.北京：中国建筑工业出版社.2001年

[3]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（建质[2003]46号）.中华人民共和国建设部.2003年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.026