谈超限高层建筑设计中抗震加强措施的体会

谈超限高层建筑设计中抗震加强措施的体会

吕丽丽

吕丽丽天津美新建筑设计有限公司

摘要：仅就天津合生国际大厦A座项目的结构设计，根据建筑物的结构体系及结构布置，排除其他超限指标（仅高度超限），结合本工程具体抗震设计性能要求，采取不同力学模型进行整体分析、选择中小震最不利情况下进行配筋，验证大震下的抗震性能等具体抗震措施及抗震构造措施来满足设计要求。

关键词：超限抗震措施特征周期计算模型中震控制大震验证轴压比侧向刚度

正文：伴随现代化进程的加快发展，超限高层建筑越来越多的进入现代人的视野。不管公共建筑，还是居民住宅，它已经显示了无穷的灵活性和优越性。仅一定的占地，更多的使用面积这一项，就足以让高层及超限高层建筑的主导地位不可动摇。而设计人员，作为这项蓝图的创作者，更应该紧跟其后，扩宽思路，开阔眼界，与更先进的设计思想，设计理念，设计软件合上节拍，与时俱进。下面，我仅就天津合生大厦A座项目的设计中采取的抗震加强措施这一项，谈下自己的体会。

工程简介：天津合生国际大厦A座项目地下四层，地上结构层31层，标准层层高4.25m，避难层设在16层。主要屋面建筑高度137.75m，出屋面构架高度10.25m。裙房地上四层，主要屋面建筑高度23.00m。

建筑物为标准设防类（丙类），安全等级为二级，设计使用年限为50年。主体结构地上部分体型简单，平面布置基本对称，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀，无明显的突变，无结构转换构件，无加强层。核心筒平面尺寸20.3m*18.2m，贯通建筑物全高，墙肢均匀对称，开动率较低，四角附近基本无洞口。高宽比满足要求，X\Y向的抗侧刚度比较接近。结构体型满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中3.4的规定，无一般不规则超限及严重不规则超限的情况，属于超A级高度的超限高层建筑（130m）。

据前超限内容，结合本工程具体抗震设计性能指标，将拟采用以下加强措施：

（一）抗震措施：

1）小震弹性设计时，结构地震效应按《高规》计算；特征周期由规范规定的0.55，提高至0.6。

本工程位于天津市市区，抗震设防烈度为7度（0.15g）,地震分组第二组，场地类别Ⅲ类，查得特征周期为0.55。但根据《天津合生国际大厦项目工程场地地震安全性评价报告》提供的地震动参数，剪切波速和场地覆盖层厚度采用插值法，求得特征周期约为0.6，因此采用此值进行地震分析。

2）采用两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算，进行小震弹性时程分析计算作为阵型分解反应谱法计算的补充。

本工程结合考虑建筑物的功能、场地条件、抗震设防类别、震后修复等各项因素后，根据《建筑抗震设计规范》3.10条规定，抗震性能目标选定D级：a）在多遇地震下，进行正常的弹性分析，采用中国建筑科学研究院编制的(PKPM系列)多高层建筑结构空间有限元分析设计软件SATWE计算分析，并与复杂空间结构有限元分析设计软件PMSAP对比分析，采用弹性时程分析进行补充计算分析设计，结构抗震性能水准为第1水准。b）在设防烈度地震下，主要针对框架柱、核心筒等重要构件进行剪力墙正截面承载力、斜截面承载力等计算，结构抗震性能水准为第4水准。c）在预估的罕遇地震下，对结构变形及构件屈服情况进行弹塑性时程分析，采用（PUSH-OVER）设计软件，抗震性能水准为第5水准。

3）剪力墙及框架柱正截面承载力按中震不屈服设计，斜截面按中震满足抗剪截面限制条件的要求设计。

通过对中震作用下与小震作用下的计算配筋结果对比可知，框架柱配筋结果基本相当，由小震计算结果控制。剪力墙墙体水平筋中震作用下计算结果略大于小震作用下的计算结果，边缘构件明显大于小震作用下的计算结果，由此可见，剪力墙计算结果由中震作用控制。

4)进行Pushover计算，验证整体结构在大震作用下的抗震性能。

为了提高程序的计算效率、减小附属构件的影响，根据软件的使用说明及建议，去掉结构嵌固端以下的地下室，去掉屋顶架等附属构件，尽量只保留主要的抗侧力构件，结构整体模型从嵌固部位开始。计算结果表明，最大层间位移角满足规范最大层间位移角小于1/100的要求。

本工程对X及Y两个方向分别进行了分析，侧推荷载分别采用倒三角荷载形式与弹性CQC地震力形式，材料强度采用标准值。由计算结果可知，最大层间位移角满足规范要求，大震与小震下的基底剪力之比在3.5~4.5之间，处于合理的范围之内，可见计算结果是正确、合理的。

（二）抗震构造措施：

1）核心筒剪力墙按抗震等级特一级采取构造措施，适当加强约束边缘构件、构造边缘构件的纵向钢筋配筋率及体积配箍率，提高核心筒外墙的水平、竖向分布筋配筋率。

本工程据《高规》3.9.2条7度（0.15g）Ⅲ类场地，按8度设防，B级高度筒体抗震等级为特一级，所以约束边缘构件、构造边缘构件的纵向钢筋配筋率按3.10.5条取用，都增大了20%，以满足此抗震等级下的措施要求。同时，体积配箍率也增大了20%，虽然规范上没有明确规定，但计算软件人为的做了相应提高，以保证墙体中箍筋作用的极大发挥。本着这个原则，在设计中将全部角部墙体配筋着重加强，以增大核心筒的整体刚度。这里值得提出的是，新规范将“约束边缘构件范围内全部采用箍筋”的规定改为“主要采用箍筋”，即采用箍筋与拉筋相结合的配箍方法。

2）严格控制剪力墙及框架柱的轴压比，确保结构延性性能。

由STTWE结果墙柱轴压比简图可知，本工程框架柱最大轴压比为0.85，不满足《高规》表6.4.2条要求，因此采取以下措施：a)在柱截面中部设置由附加纵向钢筋形成的芯柱，附加纵向钢筋的截面面积不小于柱截面面积的0.8%。

b)沿柱全高采用井字复合箍，箍筋间距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm。

采取以上两个措施之后，轴压比限值可提高至0.90，计算结果即可满足规范的要求。另外，在底部加强区部位，标高处节点域箍筋往往不满足计算要求，需要加强即加密箍筋或提高箍筋直径才可以满足节点域的抗震要求。

3）剪力墙墙肢与其平面外方向较大跨度的楼面梁连接时，在该墙肢与梁相交处设置暗柱进行加强。

本工程中，框筒四角与框架交接处设置了很多联系斜梁，以平衡刚度差异，截面一般为600*800，考虑到梁端的局压作用，设置墙肢构造暗柱，以满足局部受压承载力要求。

上面即是设计中采取的主要抗震加强措施，即可满足规范中关于超限高层的抗震设计要求。对于高层或者超限高层的结构设计，设计者应该扩宽思路，多方位、多角度的提高其抗震延性，改善其抗震性能，并考虑一定的经济效益，最大限度的发挥设计者的主观能动性，来创造更多更好的设计成果。

参考文献：

［１］《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中国建筑工业出版社.

［２］《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中国建筑工业出版社.

［３］《建筑结构超限设计可行性论证报告——天津合生国际大厦A座项目》天津美新建筑设计有限公司结构室

［４］《注册结构工程师专业考试专题精讲——多高层混凝土结构》住房和城乡建设部执业资格注册中心施岚青主编朱丙寅主审