广州某超限高层的时程分析方法

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［摘要］ 本工程为新高规实施之后我处第一个超限项目，目前国内大城市由于寸土寸金，超高层住宅是大城市大型楼盘的流行趋势，加上户型造型需求日益增加，因此相应的结构方案非常容易出现超限情况，本文侧重介绍我院对一般超限高层的时程分析方法， 希望能籍此给国内住宅产品的工业化设计提供一种参考。

［关键词］ 超高层；超限; 住宅; 时程分析

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

总用地面积38771㎡，总建筑面积约13万㎡，共分11个单体，首层以上结构单元彼此独立，本文所探讨的是C1栋，计算模型如图1所示。地下1层，地上38层，结构总高度约119m。

2、结构体系和布置情况

2.1、抗侧力体系

结构体系为普通钢筋混凝土部分框支剪力墙结构，转换层位于第2层（3层楼面）。

落地剪力墙厚度为250～350，转换层以上剪力墙厚度一般为200；框支柱截面为900×900～900×1100，转换梁截面一般为900×1200。

2.2、楼盖体系

采用现浇普通钢筋混凝土楼盖，首层楼板厚度为180mm，转换层（3层）楼板厚度为180mm，2层及4层楼板厚度一般为120mm，标准层楼板厚度一般为100mm，板跨较大或局部需加强者按计算确定。楼面主梁、连梁截面一般为200×600，次梁截面一般为200×500。具体详见初步设计图纸。

3、结构超限类型和程度及相应的技术措施

3.1、结构超限类型和程度

C1栋高度为119m，属于部分框支剪力墙结构，根据《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》第二条表一，超过100m，高度超限。

根据《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》第二条表二，超限判定情况如下：

3.2、相应的技术措施

本工程作为超限工程采取以下加强措施：

3.2.1 底部加强区剪力墙和框支柱

1）控制剪力墙轴压比，本工程转换层以上剪力墙最大轴压比为0.46，转换层以下剪力墙最大轴压比为0.34；

2）控制底部剪力墙在弹性罕遇地震作用下的剪应力水平不超过0.1fck。

3）适当提高底部加强区剪力墙分布筋配筋率至0.6%；

4）适当提高转换层以上两层剪力墙的分布筋配筋率及约束边缘构件配筋率和配箍率；

5）适当提高框支柱的配筋率及配箍率。

3.2.2 转换层、过渡层楼板加强

转换层楼板厚不小于180mm，采用双层双向通长配筋，且每层每方向的配筋率不小于0.30%；转换层上一层楼板厚度不小于120mm，采用双层双向通长配筋。

3.2.3 楼盖弱连接部位的加强措施

楼盖弱连接部位（核心筒）附近楼板加厚到120mm，钢筋双层双向拉通，并适当加强配筋；同时加强弱连接部位附近的楼面梁和连梁配筋，梁纵筋均贯通，并按照受拉钢筋构造，腰筋按受拉构造。

4、抗震设防性能目标

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.3.1条，本工程属B级高度高层建筑。高宽比为5.7。对于设防烈度为7度、B级高度、丙类建筑的部分框支剪力墙结构，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.9.4条，剪力墙（包括底部加强部位和非底部加强部位）的抗震等级为一级，框支框架为特一级。

本工程对整体结构及构件进行性能化设计。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）第3.11节，结合本工程的结构特点，结构预期的抗震性能目标要求达到C。

5、弹性时程分析

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）4.3.5条及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）5.1.2条规定，应按建筑场地类别和设计地震分组选取实际地震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际地震记录的数量不应少于总数量的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。本工程位于7度区，小震加速度时程的最大值取35cm/s2。采用SATWE中的五组实际地震记录(TH2TG035、TH1TG040、TH3TG040、TH1TG045、TH4TG045)和二组人工模拟(user1、user2)加速度时程曲线如下图所示：

计算结果显示，结构位移及内力曲线比较均匀，无突变。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）4.3.5条规定，采用时程分析，当取七组及七组以上时程曲线进行计算时，结构地震作用效应可取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。本工程在施工图设计阶段，可采用振型分解反应谱法进行设计。

6、大震弹塑性分析结果（静力弹塑性时程分析）

6.1 分析软件

分析采用中国建筑科学研究院的多、高层建筑结构弹塑性静力分析软件PUSH。

6.2 分析模型与计算假定

本工程为部分框支剪力墙结构，模型中采用刚性楼板假定，梁柱节点考虑刚域，考虑P—Δ效应进行了Pushover分析。

Pushover分析方法：基于目标位移的位移控制法；

性能点计算方法：改进的ATC-40 ；

加载顺序与水平作用力的竖向分布：

加载过程包括两大步，第一步施加重力荷载，第二步施加侧推荷载。侧推荷载分两种形式，一种是矩形，一种是倒三角形，倒三角形荷载形式因为比较符合地震力的分布而被较为广泛采用。本次分析采用倒三角形的侧推荷载。

6.3、Pushover分析结果

罕遇地震作用下X向能力谱-需求谱图

初次出现连梁塑性铰时刻 性能点时刻

X方向推覆

①分析结果表明，X向和Y向推覆作用下，最大弹塑性层间位移角分别为1/198和1/200，均小于1/150，能够达到罕遇地震作用下的性能目标C。

②在推覆过程中，首先一般在中部剪力墙的连梁及个别墙肢出现受弯塑性点，然后沿竖向双向发展，出现更多塑性点。直到性能点位置，框支柱及转换梁均未出现塑性铰，底部加强区剪力墙均未出现剪切破坏。因此表明框支柱具有较大的轴向及抗弯承载力，转换梁具有较大的抗剪及抗弯承载力；底部加强区剪力墙具有较大抗剪承载力，在罕遇地震作用下不发生剪切破坏。

③Pushover分析结果表明，结构具有较大的承载力及较好的延性，能够满足“大震不倒”的基本抗震设计目标和“中等破坏”的更高的性能化抗震设计目标。

7、对能否实现预定抗震性能目标的复核

根据以上计算与分析，结构满足小震弹性设计，最大层间位移角小于1/1000；中震设计时，各重要构件均能达到抗弯不屈服及抗剪弹性状态，最大弹性位移角为1/340，小于1/300；大震推覆时，各重要构件满足抗剪不屈服，最大层间位移角小于1/150；因此，采取超限设计后的结构能满足预定的抗震性能目标C等级要求。

8、结论

本工程属B级高度的高层建筑结构，采用普通钢筋混凝土部分框支剪力墙结构体系，扭转Ⅰ类不规则、平面凹凸不规则、部分剪力墙在二层顶板转换成柱，通过控制剪力墙轴压比、控制剪力墙大震时的剪压比、提高底部加强区剪力墙配筋率、提高框支柱的配筋率及配箍率、控制转换梁剪压比、加强转换层及转换层上一层楼板截面及配筋、加大楼盖弱连接部位的板厚及配筋、加强弱连接部位附近的梁配筋，经计算分析结构可达到预期的抗震性能目标C等级，因此，本超限结构设计是安全可行的。

参 考 文 献

GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》．北京: 中国建筑工业出版社，2010．

JGJ3—2010 《高层建筑混凝土结构技术规程》．北京: 中国建筑工业出版社，2010．