摘要：本文介紹廣州市一超限高層住宅的結構選型、靜力分析以及對結構分析的結果進行歸納和比較，同時對結構在大震作用下進行靜力彈塑性推覆分析，根據推覆分析結果對關鍵構件采取加強措施，保證結構安全。

　　關鍵字：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，總用地面積為9629平方米，地面基本平整，設計為高檔住宅小區，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、結構選型

　　本工程根據標準層為高檔住宅，采用全剪力墻結構，剪力墻作雙向布置。局部剪力墻在地下室轉換，這樣既滿足地下車庫、首層架空的需要，同時滿足上部住宅房間內墻柱不突出墻面的要求。

　　基礎選型:根據工程地質勘察報告及本工程三層地下室的結構特點，基礎采用基巖上的天然地基，持力層為中風化泥巖，土層承載力特征值fak≥2200KPa。

　　抗浮問題:本工程地下三層底板面標高為-12.5m，局部地下室局部柱僅靠自重及覆土重無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。

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

　　圖1 標準層結構布置

　　三、超限類型及采取措施

　　超限類型：本工程高度超過《高層建筑混凝土結構技術規程>（JGJ3-2002）》表4.2.2-2中關于全部落地剪力墻結構體系B級高度的要求，也超過《廣東省實施<高層建筑混凝土結構技術規程>（JGJ3-2002）補充規定》附件的表1中關于全部落地剪力墻結構最大適用高度的要求。

　　針對超限情況進行的分析驗算和采取的加強措施 ：

　　?分別采用SATWE、PKPM的PUSH和 ETABS 3個不同分析程序計算。

　　?選取1組場地人工地震波和2組實際地震記錄波對結構作小震彈性時程時析。

　　?比較安評報告的反應譜曲線和規范反應譜曲線：按規范反應譜計算。

　　?中震不屈服驗算。

　　?加強落地剪力墻的配筋。

　　底部加強部位及架空部位兩者高度較大值剪力墻：特一級；其余層的抗震等級：一級；底部加強部位：-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）。

　　?驗算罕遇地震作用下樓板薄弱位置的抗拉、抗剪強度。

　　?采用PKPM的PUSH分析軟件對結構進行罕遇地震下的Pushover分析，以驗證結構能否滿足大震階段不倒塌的抗震設防水準要求。

　　四、靜力結構分析與結果：

　　結構設計采用中國建筑科學研究院編制的多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE和PMSAP以及金土木公司的ETABS分析軟件。主要計算結果如下：

　　1、小震及風作用下的彈性分析

　　（1）自振周期及第一扭轉平動周期比

　　結構的自振周期及周期比詳表1，可見以扭轉為主的第一周期與以平動為主的第一周期的比值≤0.85，滿足《高層建筑混凝土結構設計技術規程》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Y平動扭轉特性

　　SATWE15.52761.000.000.00X向平動0.79

　　25.07870.001.000.00Y向平動

　　34.34100.000.001.00扭轉

　　ETABS14.901561.360.191.79X向平動0.804

　　24.57520.0759.900.82Y向平動

　　33.94401.980.8057.78扭轉

　　（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，結果表明層間位移角均滿足《高層建筑混凝土結構設計技術規程》及廣東省《高規補充規定》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

　　規范限值1/8001/8001/8001/800

　　（3）扭轉位移比

　　用于判斷結構扭轉不規則性的樓層最大彈性水平位移（或層間位移）與該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）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《廣東省實施<高層建筑混凝土結構設計技術規程>（JGJ3-2002）補充規定》附件表4-2.2中的規則性結構。

　　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計算結果為X向1.9，Y向2.25，剛重比小于2.7，大于1.4 ，滿足《高層建筑混凝土結構設計技術規程》第5.4.4條對結構穩定性的要求，但仍考慮重力二階效應的影響。

　　（5）側向剛度比：最不利位置為首層，首層側向剛度與相鄰上層側向剛度的70％或其上相鄰三層側向剛度平均值80％的比值之較小值X向為0.4883、Y向為0.4852；在設計計算時將其定義為薄弱層，地震剪力相應增大1.15倍

　　（6）.樓層抗剪承載力比值：各樓層層間抗側力結構的受剪承載力與其上一層受剪承載力比值最小值X向為0.9，Y向為0.98，比值均≥0.75，滿足《高規》第4.4.3條的要求。

　　以上考慮小震組合的彈性計算分析結果表明，本工程各項整體指標均能滿足相關規范的有關要求或未超出規范規定的最大限值；墻柱的軸壓比和各構件的強度及變形也均能滿足規范的要求，完全能達到小震作用下“結構處于彈性狀態，各構件完好、無損傷”的第一階段的抗震性能目標。

　　2. 彈性中震作用下結構構件的屈服判別分析

　　按“屈服判別法”進行中震不屈服驗算（驗算時荷載分項系數取1.0，材料強度取標準值），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）進行驗算，從而檢查和掌握本工程在中震作用時的抗震能力。驗算結果表明，在上述四種情況下，本工程豎向構件均不出現屈服，梁均不出現受剪屈服，在小震及屈服判別地震作用1時，所有梁不出現受彎屈服；在判別地震作用2及中震時，部分跨高比較小的連梁漸次出現屈服（主要表現為面筋配筋率略>2.5%，配筋時控制連梁的抗剪承載力大于受彎承載力），僅出現輕微的損傷。故本工程能滿足中震重要構件不屈服，所有構件不發生剪切破壞的抗震性能目標要求。

　　3.罕遇地震作用下靜力彈塑性（Pushover）分析及結構抗震性能評價

　　Pushover分析是基于性能的抗震設計方法，以量化的計算結果來評價結構 “大震不倒” 的抗震性能目標。本工程采用軟件：PKPM的PUSH分析軟件。計算中關鍵步驟是構件細化分類，人工干預配筋。PKPM的PUSH分析軟件性能控制點處的相關指標詳表4，最大層間位移角小于1/120的規范限值；彈塑性層間位移角、結構頂部位移、結構塑性發展的過程及塑性發展的區域均符合要求,在性能控制點處，各棟剪力墻均未出現剪力鉸，即剪力墻抗剪能力足夠，不會發生剪切破壞 。 結構能夠滿足“大震不倒”的抗震設防要求。

　　表4

　　方向X向Y向

　　頂點位移（m）0.68520.6657

　　頂點相對位移角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、結論：

　　分析結果表明：在多遇地震作用下本工程結構的第一扭轉與平動周期比、側向剛度、豎向規則性、扭轉位移比等指標均符合現行規范的相關要求；中震作用下能滿足“重要構件不屈服，所有構件先行不發生剪切破壞”的抗震性能目標；罕遇地震作用下能滿足不倒塌，重要構件不發生嚴重損壞的設防要求，因此可以期望本工程的結構體系在遭遇地震作用時，能達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，同時亦能最大限度地滿足建筑功能的要求。

　　參考文獻：

　　1. 混凝土結構設計規范 . GB50010-2002.中國建筑工業出版社

　　2.建筑抗震設計規范 . GB50011-2001.中國建筑工業出版社

　　3. 高層建筑混凝土結構技術規程 . JGJ3-2002.中國建筑工業出版社

　　4. 廣東省實施《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）補充規定

　　5.ETABS設計手冊.北京金土木技術有限公司