高烈度超限高层设计难点及解决思路

摘要：通过高烈度下超限高层的结构设计，从中找出每个环节的设计难点，对此进行分析并找出解决的方法，从而得到一个受力合理且综合效益较高的设计成果。

关键词：高烈度；B级高度；超限判别；性能化设计；高宽比；时程波选取；中震型钢受拉

1.项目概况：本项目位于云南省昆明市盘龙区，共4个地块，由4栋44层、1栋43层、3栋42层、17栋32层、1栋28层住宅及2栋30层公寓，底部5层大型商业组成，设置1~2层整体全埋式地下室。用地面积16.26万m2，总建筑面积78.76万m2，地下室面积15.83万m2。本文以3-4栋（43层）为例，对高烈度超高层进行设计难点分析，并找出解决方案。

2.设计参数及超限判别：

2.1设计参数：项目抗震设防烈度为8度0.20g，地震分组为第三组，场地类别：2#4#地块Ⅲ类，1#3#地块Ⅱ类；基本风压0.30KN/㎡。详见表2。3-4栋采用剪力墙结构。

2.2高度超限判别：3-4栋结构高度125.6m，属B级高度，超A级25.6%，属高度超限。

2.3规则性超限判别：不规则类型：3项，（1）扭转不规则（2）凹凸不规则（3）局部不规则：局部穿层柱、个别构件错层，属不规则超限。

3.结构设计难点及其解决方案（限于篇幅，相关图表、计算分析过程详见本人文章《高烈度超限高层设计难点及解决思路》详细图文版）

3.1方案设计阶段：（1）控制建筑物的高宽比，虽然《高规》3.3.2条并没有限定值，只有参考值，但控制在参考值附近，对于高层建筑结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性

有至关重要的作用。3-4栋采用有效宽度较大的户型，把高宽比控制在5.57，经济效益得到明显提高。（2）嵌固端设置：在地下室顶板标高附近，塔楼增设一层结构夹层（车库顶板上2m覆土，塔楼室内外0.3m高差，夹层板相对车库顶板降0.5m，因此夹层层高为2.8m）作为嵌固端，既能保证水平力的有效传递，又能把塔楼的计算高度减少两层，结构受力更优。（3）错层控制：云南省超限专家建议：错层0.6m以下可不加腋，0.6m~1.2m需加腋处理，嵌固端结构板高差不应大于1.2m。因此本项目底部裙房错层高差基本控制在1.2m以内，局部不满足采用《高规》10.4.6条加强，解决错层不规则。（4）对局部小凹进部位增设结构板，避免结构局部应力集中和变形集中导致整体结构的破坏。

3.2多遇地震设计阶段：（1）抗震性能目标根据《高规》表3.11.1，并征求业主和超限审查专家的意见确定为D级，详见表3。（2）时程波选取：计算结构主要振型，取前3阶的周期，找出规范谱上对应周期点的地震影响系数，并与待选波反应谱上对应的地震影响系数进行比较，两数值相差不大于20%，再用筛出的地震波输入模型计算，当每条时程曲线计算所得基底剪力均在CQC计算结果的65~135%，七条时程曲线计算所得基底剪力的平均值在CQC计算结果的80~120%之间，即可满足《高规》在统计意义上相符的要求，也大为提高时程波的选取效率。（3）本项目采用YJK和MIDAS-Building两种软件进行分析，要做到各项指标、

反应谱与时程

分析的结果均具有一致性和规律性，才能说明分析模型准确可靠。（4）抗侧刚度控制：a）高烈度或高风压地区，通常为层间位移角控制，所以应重视剪力墙刚度的发挥效率，例如：相同面积剪力墙，越多面积在外围，刚度越大；山墙或靠外侧剪力墙尽可能沿轴线对齐，减少拐弯，效率更高。b）应把抗拉型钢回代到小震模型中，使结构具有合适的抗侧刚度，另外也不能过分追求刚度的富余，因为冗余的刚度会吸收更大的地震力，造成抗震效率下降。

3.3设防地震设计阶段：（1）采用YJK中震分析时要合理选择参数，详见表3。（2）地震作用量级控制：通过调整结构布置使中震作用下结构基底剪力、地震倾覆弯矩约为小震的2.5倍。（3）根据《超限审查技术要点》第四章第十二条第四款：中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用《高规》中规定的特一级构造。中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土ftk时宜设置型钢承担拉力，且平均名义拉应力不宜超过2ftk。控制全截面型钢的含钢率是控制整个超高层造价的最关键一环。解决的思路：a）采用组合墙肢全截面整体抗拉，减少砼的拉应力（效率较高）；b）采用型钢与钢板相结合抵抗拉力，有效减少因型钢尺寸过大导致剪力墙加厚的情况（效率较高）；c）由《超限审查技术要点》知含钢率超过2.5%时可按比例适当放松（效率较高）；d）加强区外围剪力墙墙身分布筋配筋率提高至0.4%，共同承担拉力（效率一般）。（4）中间连廊的防倒塌措施：采用中震弹性和小震弹性包络设计，同时加厚连廊楼板并提高楼板配筋率。

3.4罕遇地震设计阶段：（1）采用Sausage动力弹塑性分析，a）控制大震下弹塑性/弹性底部剪力比在0.6~0.75之间，使结构具有较好的塑形变形能力，地震能量得到有效消散；b）控制大震下弹塑性/小震规范谱底部剪力比在4.5~5之间，地震作用量级才合理。（2）最大层间位移角为1/206，小于《高规》1/120的限值要求；弹塑性顶部位移约为弹性位移的82%~117%，在地震动结束时刻，位移明显衰减，塔楼能够完成地震动全过程而屹立不倒，满足\"大震不倒\"的抗震性能。（3）地震动结束时刻，主体结构受压损坏主要集中在连梁，局部墙肢也出现较明显的受压损伤，但全楼层墙肢没有全部出现严重的受压损坏，剪力墙满足部分受弯屈服的性能要求，剪力墙受剪截面均可满足要求；连梁满足大震下多数屈服的性能。

5.结论：从上面分析结果可以看出：（1）通过解决设计难点，使结构受力更加合理，且设计周期可减少20天以上。（2）以3-4栋（3.27万m2）为例，通过关键环节的优化设计，含钢量降低4.1kg/m2，型钢含钢率降低7.6kg/m2，混凝土折算厚度降低0.05m3/m2，土建造价共节省427.1万元。因此，高烈度超限高层设计难点，既是结构设计的控制点，又是经济效益的控制点，值得大家细致研究。

参考文献：

（1）《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

（2）《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 建质[2015]67号

（3）朱嘉，杨东全，陈怡.《弹性时程分析中地震波选取的一种实用方法》，桂林理工大学学报，1674－ 9057（2016）03－0507－07