武汉某超限高层设计概述

武汉某超限高层设计概述

陈招平杨辉

武汉卓尔建筑设计有限公司湖北武汉430000

摘要：文章对武汉某超限高层抗震设计进行了简单的分析，并对对其设计的合理性和可行性进行了验证。

关键词：超限高层设计；抗震设计；弹塑性时程

1工程概况

武汉某超限高层项目位于武汉市汉口新华路以西，为商住楼，超高层建筑，总建筑面积81753.8m2，其中地上部分为55679.9m2，地下部分为26073.9m2。该项目主要由1栋35层公寓式酒店及2层裙房组成，主楼公寓式酒店标准层层高3.5m，办公用房标准层7.0m，顶部另有25m高的构架，主楼大屋面处高度为168.7m。设三层地下室，地下室层高分别为4.8m、4.1m、4.1m，为车库和设备用房，其中局部为平战结合六级人防地下室，埋深约16m。无上部结构地下室部分顶板标高-0.900m，覆土0.450m。主楼结构标准层平面图见图1，剖面图见图2。

图1图2

2抗震设计：

2.1建筑结构抗震概念设计

2.1.1主体结构方案

本工程主楼主体采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，属B级高度钢筋混凝土高层建筑结构，裙房采用框架结构，局部设置剪力墙，主楼与裙房（8～9轴）间设置结构缝。主体结构的外围框架柱采用不等距框架柱，间距分别为9m、4.5m、9m、4.5m、9m，为满足建筑平面布置要求，避免了结构底部转换。

2.2建筑结构超限类型及对应措施

2.2.1建筑结构超限类型

1）高度超限：本工程主楼主体高度168.7m，高度超过《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中钢筋混凝土框架-核心筒结构的最大适用高度，属《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）中的B级高度房屋。

2）竖向刚度突变：因建筑功能要求，三层层高6m与上部标准层3.5m层高相比刚度区别很大，该部位为薄弱层。

3）主楼底部商业部分层高12.0m，中间7m、19m标高处设结构拉梁，不设结构楼板，属楼板不连续，超出国家规范的要求。

2.2.2技术措施

1）本工程房屋高度在《高层建筑混凝土结构技术规程》B级高度范围内且比较规则，相应的计算及构造按《高层建筑混凝土结构技术规程》执行。

2）采用SATWE、PMSAP及TAT三个结构软件对主体结构进行空间整体计算。

3）对主体结构进行弹性动力时程分析。

4）对主体结构进行动力弹塑性时程分析，对薄弱层变形进行分析、控制和采取相应结构措施，确保主体结构在中震作用下竖向构件不屈服、大震作用下不倒塌。

5）主体结构的抗震设计采取性能目标控制，主要措施如下：

小震作用：主体结构构件按50年超越概率63%的小震弹性设计使主体结构在该概率水准的小震作用下处于弹性反应状态。

中震作用：在50年超越概率10%的中震作用下，主体结构框架柱、核心筒剪力墙正截面承载力按中震不屈服设计，其受剪承载力满足弹性要求；主体结构框架梁及连梁抗剪承载力满足中震不屈服设计要求。

大震作用：在50年超越概率2%的大震作用下，主体结构底部加强区核心筒剪力墙抗剪承载力按不屈服设计，其它竖向构件抗剪截面满足大震不屈服要求，确保大震作用下该部位不发生脆性破坏。将主体结构楼层的最大弹塑性层间位移角控制在1/200以内，不允许同一楼层的竖向构件全部屈服。

主体结构构件的细部构造按中等延性要求处理即，主体结构在-4.800～24.000范围按抗震等级为一级采取相应构造措施，24.000m标高以上范围主体结构按抗震等级二级，地下室二、三层抗震等级三级采取相应构造措施。

6）在抗震构造方面，应加强顶部2～3层及屋面突出物中的竖向构件的延性，适当提高配筋量（比计算值增加10%以上）；对底部底部加强区部位的竖向构件，要严格控制轴压比，剪力墙轴压比控制在0.50以内，框架柱轴压比控制在0.70以内，同时增加竖向钢筋和水平钢筋（包括箍筋）的数量（比计算值增加10%以上），并沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm。

7）由于底部几层外围框架柱截面较大（1600x1600）形成超短柱，为提高该超短柱的延性，在基础～36.950标高范围采用芯柱。

2.3采用PKPM的EPDA对结构进行动力弹塑性时程分析

地震加速度波形仍然选用弹性时程分析所用的七条波形，主要计算结果如表1：

表1弹塑性时程法结构地震响应主要计算结果汇总表

（注：上表中规范推荐的折算最大层间位移角为采用同一软件、同一波形进行弹性和弹塑性计算，得到同一波形、同一部位大震弹塑性层间位移与小震弹性层间位移的比值，然后将该比值乘以反应谱计算的该部位小震层间位移）

图3弹塑性时程分析层间位移角曲线

从以上结果可以看出：

（1）七条地震波的弹塑性层间位移有较大离散性，但根据规范推荐的办法修改后，弹塑性层间位移为1/250左右，满足《抗震规范》中性能3罕遇地震作用下弹塑性变形的要求。

（2）第5层（薄弱层）结构构件在弹塑性反应过程中并没有出现明显的塑性变形集中，即弹塑性反应过程中结构并没有出现薄弱层。

3结论

（1）本工程属《高层建筑混凝土结构技术规程》B级高度的超限高层建筑。由于在结构设计中采取了较为合理的结构布置，对关键结构部位采取性能设计，并对结构的薄弱部位采取了有效的构造措施，从而减小了高度超限带来的不利影响，使得结构具有良好的抗震性能，计算结果满足现行规范和规程的要求。

（2）根据本工程弹性时程分析可知，工程计算采用的反应谱基本可以包络时程分析的结果，即所取的反应谱是安全的。

（3）根据中震、大震条件下结构性能设计结果可知，本工程能够达到预期的性能目标（性能4），满足规范提出的“小震完好，中震轻微至接近中等破坏，大震接近严重破坏、大修后能够继续使用”的三水准设防要求。本超限工程结构设计是可行的。