某超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及超限處理

傅愛華　王辰

摘要：隨著土地利用率等各方面因素的影響，高層超高層日益增多。關(guān)于這類建筑的研究課題也越來越多，本文主要是研究高層建筑的結(jié)構(gòu)以及超限認(rèn)定相關(guān)處理的問題，針對結(jié)構(gòu)超限這一問題，結(jié)合相關(guān)案例，提出一些有針對性的解決措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；超限處理

中圖分類號：TU973.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0105-01

1.超限高層建筑概述

為規(guī)范超限高層設(shè)計，建設(shè)部頒布了《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》。10層以上的建筑被稱為高層建筑。其中包括超限高層建筑。而“小高層”和“超高層建筑”都是“民間說法”，不規(guī)范。超限高層的高度和層數(shù)并沒有統(tǒng)一的“定數(shù)”。對混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑，超過120米為超限高層；混合剪力墻結(jié)構(gòu)為100米以上；有錯層的為80米以上；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的為55米以上；而網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)為28米以上。但無論建筑多高，超限高層都是對工程技術(shù)質(zhì)量提出了更高的挑戰(zhàn)。

2.超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例分析

2.1工程概況

某超限高層建筑，總建筑面積16000m2，地上28層，地下2層，建筑高度90m，地下室底板面標(biāo)高-14.000m，室外地面標(biāo)高為0.250m；采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑主樓擬采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，地下室擬采用天然地基上的擴(kuò)展基礎(chǔ)。

2.2結(jié)構(gòu)布置

建筑地上28層，裙房4層，1-4層層高為5.0m，標(biāo)準(zhǔn)層平面呈z型布置，層高為3.5m。為了滿足建筑功能需要，采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其高寬之比為3.45，小于6，故能夠滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-20lO）的規(guī)定要求。

同時，設(shè)置4組落地剪力墻作為抗側(cè)力防線，以承受建筑結(jié)構(gòu)的水平剪力，其中，兩組剪力墻居中布置，以形成兩個簡體。采用梁板式樓蓋，在洞口邊設(shè)置邊梁，并適當(dāng)加厚樓板，確保樓板在水平作用下可靠傳遞，使得剪力墻與框架共同形成雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。

2.3結(jié)構(gòu)的超限認(rèn)定

2.3.1扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算分析，在地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大扭轉(zhuǎn)位移比：x向?yàn)?.05（4），小于1.2；Y向?yàn)?.33（1），大于1.2，且小于1.5，故屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則I類。扭轉(zhuǎn)周期比：Tt/T1=0.853，小于0.9。因此，判定為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

2.3.2局部樓板不連續(xù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面分析，建筑2、4層樓面開洞面積大于50%，且建筑5層為錯層，故屬于局部樓板不連續(xù)。

2.3.3豎向不規(guī)則。將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層樓面位置，轉(zhuǎn)換層以上為剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層以下為框剪結(jié)構(gòu)。因此，可以判定為豎向不規(guī)則。

2.4結(jié)構(gòu)計算

本工程整體結(jié)構(gòu)采用Midas/Gen7.9.5和PKPM/SATWE三維空間有限結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)彈性計算。其中，Midas/Gen7.9.5主要采用三維梁單元對際結(jié)構(gòu)梁柱等構(gòu)件進(jìn)行模擬，多種類型面單元對剪力墻進(jìn)行模擬。而PKPM/SATWE程序?yàn)榭臻g組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，主要采用空間桿單元對梁、柱等桿件進(jìn)行模擬。周期及周期比（表1）：

表1周期及周期比表

據(jù)表1所知，第一、二周期為平動周期，第三周期為扭轉(zhuǎn)周期，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平周期的比值為0.853，小于0.9，故滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）的要求。

本工程結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩在水平地震力作用下大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩10%，且小于50%，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，按照框架一剪力墻進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)框架一剪力墻結(jié)構(gòu)樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值小于結(jié)構(gòu)底部地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的20%時，其樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于0.200和1.5Qfmax的較小值，這樣才能確?？蚣艿目箓?cè)能力。本工程6層x向、Y向框架部分分配的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值均小于0.2Q。所以需要將樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整，其調(diào)整系數(shù)在1～2之間。本工程x向剛重比和Y向剛重比均大于1.4，通過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，所有x向剛重比和Y向剛重比均大于2.7，因此可以不考慮重力二階效應(yīng)。

2.5超限抗震加強(qiáng)措施

2.5.1針對扭轉(zhuǎn)不規(guī)則情況，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范要求，采取相應(yīng)的抗震措施。

2.5.2考慮到第5層處塔樓與底盤相比，其偏心收進(jìn)大于25%，所以應(yīng)對該部位的樓板進(jìn)行加厚，加厚至150mm。上下層樓板適當(dāng)加強(qiáng)配筋；對于收進(jìn)部位以下兩層底盤框架柱，也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)配筋。對于收進(jìn)部位上下各兩層塔樓豎向構(gòu)件，其抗震等級應(yīng)提高一級。

2.5.3考慮到部分樓層樓板大開洞而造成的局部穿層柱情況，我們需要在洞口周邊設(shè)置邊梁，同時要適當(dāng)對樓板進(jìn)行加厚和加大框架柱截面，確保剪力墻的穩(wěn)定性；此外，要適當(dāng)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的梁、板、柱的配筋；采用PKPM/PMSAP來分析大震下的樓板彈性應(yīng)力，根據(jù)計算結(jié)果對樓板配筋進(jìn)行校核，加強(qiáng)應(yīng)力集中部位樓板配筋。

3.結(jié)語

總而言之，對于超限高建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，應(yīng)該在遵守現(xiàn)行的一系列建筑行業(yè)規(guī)范要求的前提下，對超限部分有規(guī)范的進(jìn)行布置和認(rèn)定，在保證建筑的整體的美觀性的同時，也要保證建筑本身的實(shí)用性和安全性。本文通過實(shí)例的分析，對建筑超限結(jié)構(gòu)的處理提出了一些可行性較高的措施，供業(yè)內(nèi)參考。