摘要：本文介紹廣州市一超限高層住宅的結(jié)構(gòu)選型、靜力分析以及對(duì)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果進(jìn)行歸納和比較，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)在大震作用下進(jìn)行靜力彈塑性推覆分析，根據(jù)推覆分析結(jié)果對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件采取加強(qiáng)措施，保證結(jié)構(gòu)安全。

　　關(guān)鍵字：超限高層  靜力彈塑性分析 Pushover

　　一、工程概況

　　本工程位于廣州市海珠區(qū)，總用地面積為9629平方米，地面基本平整，設(shè)計(jì)為高檔住宅小區(qū)，該棟為61層的超高層住宅（A1棟）、地下3層，地上61層，建筑總高度199.70米，十四層、三十一層、四十七層為避難層，建筑物高寬比為5.7 。

　　二、結(jié)構(gòu)選型

　　本工程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層為高檔住宅，采用全剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻作雙向布置。局部剪力墻在地下室轉(zhuǎn)換，這樣既滿足地下車庫(kù)、首層架空的需要，同時(shí)滿足上部住宅房間內(nèi)墻柱不突出墻面的要求。

　　基礎(chǔ)選型:根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告及本工程三層地下室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基礎(chǔ)采用基巖上的天然地基，持力層為中風(fēng)化泥巖，土層承載力特征值fak≥2200KPa。

　　抗浮問(wèn)題:本工程地下三層底板面標(biāo)高為-12.5m，局部地下室局部柱僅靠自重及覆土重?zé)o法平衡豐水期地下水浮力，采用抗拔錨桿滿足抗浮要求及減少底板跨度。

　　豎向構(gòu)件尺寸:剪力墻（核心筒除外）從地下室至首層厚度為500～600mm，二層以上厚度為600～200mm。核心筒從地下室至八層厚度為 800mm。九層以上厚度為600～300mm。

　　地下室外壁：500～300mm。

　　樓蓋結(jié)構(gòu)體系:地下室底板采用平板式布置，板厚h=1000mm；地下一、二層樓蓋結(jié)構(gòu)采用平板式布置，h=400mm；地下室頂板（首層）結(jié)構(gòu)采用梁板式布置，板厚h=200mm；二～六十一層樓蓋結(jié)構(gòu)采用梁板體系，板厚h=100mm～240 mm；天面層樓蓋結(jié)構(gòu)采用梁板體系，板厚h=120mm~240mm。

　　圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置

　　三、超限類型及采取措施

　　超限類型：本工程高度超過(guò)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程>（JGJ3-2002）》表4.2.2-2中關(guān)于全部落地剪力墻結(jié)構(gòu)體系B級(jí)高度的要求，也超過(guò)《廣東省實(shí)施<高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程>（JGJ3-2002）補(bǔ)充規(guī)定》附件的表1中關(guān)于全部落地剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度的要求。

　　針對(duì)超限情況進(jìn)行的分析驗(yàn)算和采取的加強(qiáng)措施 ：

　　?分別采用SATWE、PKPM的PUSH和 ETABS 3個(gè)不同分析程序計(jì)算。

　　?選取1組場(chǎng)地人工地震波和2組實(shí)際地震記錄波對(duì)結(jié)構(gòu)作小震彈性時(shí)程時(shí)析。

　　?比較安評(píng)報(bào)告的反應(yīng)譜曲線和規(guī)范反應(yīng)譜曲線：按規(guī)范反應(yīng)譜計(jì)算。

　　?中震不屈服驗(yàn)算。

　　?加強(qiáng)落地剪力墻的配筋。

　　底部加強(qiáng)部位及架空部位兩者高度較大值剪力墻：特一級(jí)；其余層的抗震等級(jí)：一級(jí)；底部加強(qiáng)部位：-1～6層

　　?利用剪力墻平面外受力提高抗扭剛度（厚度不小于350）。

　　?驗(yàn)算罕遇地震作用下樓板薄弱位置的抗拉、抗剪強(qiáng)度。

　　?采用PKPM的PUSH分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的Pushover分析，以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)能否滿足大震階段不倒塌的抗震設(shè)防水準(zhǔn)要求。

　　四、靜力結(jié)構(gòu)分析與結(jié)果：

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE和PMSAP以及金土木公司的ETABS分析軟件。主要計(jì)算結(jié)果如下：

　　1、小震及風(fēng)作用下的彈性分析

　　（1）自振周期及第一扭轉(zhuǎn)平動(dòng)周期比

　　結(jié)構(gòu)的自振周期及周期比詳表1，可見以扭轉(zhuǎn)為主的第一周期與以平動(dòng)為主的第一周期的比值≤0.85，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第4.3.5條的要求。

　　表1  周期及周期比

　　振型周期振型方向因子（%）Tt/T1

　　X平動(dòng)Y平動(dòng)扭轉(zhuǎn)特性

　　SATWE15.52761.000.000.00X向平動(dòng)0.79

　　25.07870.001.000.00Y向平動(dòng)

　　34.34100.000.001.00扭轉(zhuǎn)

　　ETABS14.901561.360.191.79X向平動(dòng)0.804

　　24.57520.0759.900.82Y向平動(dòng)

　　33.94401.980.8057.78扭轉(zhuǎn)

　　（2）彈性層間位移角

　　彈性層間位移角即層間最大位移與層高的比值詳表2，結(jié)果表明層間位移角均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》及廣東省《高規(guī)補(bǔ)充規(guī)定》的要求。

　　表2

　　工況SATEWEETABS

　　受力方向X向Y向X向Y向

　　50年一遇風(fēng)荷載首層層間位移角1/22311/35411/22501/3319

　　最大層間位移角θ1/8211/8791/10631/1141

　　θ所在層36，37443540

　　規(guī)范限值1/8001/8001/8001/800

　　常遇地震作用首層層間位移角1/29261/46351/30881/3948

　　最大層間位移角θ1/9521/10461/8931/941

　　θ所在層44，45463744

　　規(guī)范限值1/8001/8001/8001/800

　　（3）扭轉(zhuǎn)位移比

　　用于判斷結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性的樓層最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移）與該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的比值詳表3，可見最大的位移比與層間位移比均不大于1.20，屬于《廣東省實(shí)施<高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程>（JGJ3-2002）補(bǔ)充規(guī)定》附件表4-2.2中的規(guī)則性結(jié)構(gòu)。

　　表3

　　軟件位移方向最大值所在樓層水平位移層間位移

　　△max （mm）△平均 （mm）△平均△max （mm）△平均 （mm）△平均

　　SATWEX16（地面上14層）29.9525.591.172.662.261.18

　　Y10（地面上8層）11.229.411.191.711.411.21

　　ETABSX1938.732.61.19

　　Y1318.415.21.20

　　（4）剛重比：剛重比 EJd /（H2ΣG）SATWE計(jì)算結(jié)果為X向1.9，Y向2.25，剛重比小于2.7，大于1.4 ，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第5.4.4條對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，但仍考慮重力二階效應(yīng)的影響。

　　（5）側(cè)向剛度比：最不利位置為首層，首層側(cè)向剛度與相鄰上層側(cè)向剛度的70％或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值80％的比值之較小值X向?yàn)?.4883、Y向?yàn)?.4852；在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)將其定義為薄弱層，地震剪力相應(yīng)增大1.15倍

　　（6）.樓層抗剪承載力比值：各樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力與其上一層受剪承載力比值最小值X向?yàn)?.9，Y向?yàn)?.98，比值均≥0.75，滿足《高規(guī)》第4.4.3條的要求。

　　以上考慮小震組合的彈性計(jì)算分析結(jié)果表明，本工程各項(xiàng)整體指標(biāo)均能滿足相關(guān)規(guī)范的有關(guān)要求或未超出規(guī)范規(guī)定的最大限值；墻柱的軸壓比和各構(gòu)件的強(qiáng)度及變形也均能滿足規(guī)范的要求，完全能達(dá)到小震作用下“結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，各構(gòu)件完好、無(wú)損傷”的第一階段的抗震性能目標(biāo)。

　　2. 彈性中震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈服判別分析

　　按“屈服判別法”進(jìn)行中震不屈服驗(yàn)算（驗(yàn)算時(shí)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0，材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值），分別按小震（αmax=0.08），屈服判別地震作用1（αmax=0.16），屈服判別地震作用2（αmax=0.20），中震（αmax=0.23）進(jìn)行驗(yàn)算，從而檢查和掌握本工程在中震作用時(shí)的抗震能力。驗(yàn)算結(jié)果表明，在上述四種情況下，本工程豎向構(gòu)件均不出現(xiàn)屈服，梁均不出現(xiàn)受剪屈服，在小震及屈服判別地震作用1時(shí)，所有梁不出現(xiàn)受彎屈服；在判別地震作用2及中震時(shí)，部分跨高比較小的連梁漸次出現(xiàn)屈服（主要表現(xiàn)為面筋配筋率略>2.5%，配筋時(shí)控制連梁的抗剪承載力大于受彎承載力），僅出現(xiàn)輕微的損傷。故本工程能滿足中震重要構(gòu)件不屈服，所有構(gòu)件不發(fā)生剪切破壞的抗震性能目標(biāo)要求。

　　3.罕遇地震作用下靜力彈塑性（Pushover）分析及結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)

　　Pushover分析是基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，以量化的計(jì)算結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu) “大震不倒” 的抗震性能目標(biāo)。本工程采用軟件：PKPM的PUSH分析軟件。計(jì)算中關(guān)鍵步驟是構(gòu)件細(xì)化分類，人工干預(yù)配筋。PKPM的PUSH分析軟件性能控制點(diǎn)處的相關(guān)指標(biāo)詳表4，最大層間位移角小于1/120的規(guī)范限值；彈塑性層間位移角、結(jié)構(gòu)頂部位移、結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展的過(guò)程及塑性發(fā)展的區(qū)域均符合要求,在性能控制點(diǎn)處，各棟剪力墻均未出現(xiàn)剪力鉸，即剪力墻抗剪能力足夠，不會(huì)發(fā)生剪切破壞 。 結(jié)構(gòu)能夠滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

　　表4

　　方向X向Y向

　　頂點(diǎn)位移（m）0.68520.6657

　　頂點(diǎn)相對(duì)位移角1/4001/260

　　最大層間位移角1/2381/250

　　所在樓層3140

　　基底剪力（kN）3015033230

　　剪重比3.403.75

　　五、結(jié)論：

　　分析結(jié)果表明：在多遇地震作用下本工程結(jié)構(gòu)的第一扭轉(zhuǎn)與平動(dòng)周期比、側(cè)向剛度、豎向規(guī)則性、扭轉(zhuǎn)位移比等指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求；中震作用下能滿足“重要構(gòu)件不屈服，所有構(gòu)件先行不發(fā)生剪切破壞”的抗震性能目標(biāo)；罕遇地震作用下能滿足不倒塌，重要構(gòu)件不發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞的設(shè)防要求，因此可以期望本工程的結(jié)構(gòu)體系在遭遇地震作用時(shí)，能達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，同時(shí)亦能最大限度地滿足建筑功能的要求。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　4. 廣東省實(shí)施《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）補(bǔ)充規(guī)定

　　5.ETABS設(shè)計(jì)手冊(cè).北京金土木技術(shù)有限公司