某超限高层建筑抗震设防可行性分析

某超限高层建筑抗震设防可行性分析

陈哲武1，胡 枫2

（1.华南理工大学建筑设计研究院有限公司，广东广州  510000；2.宁波市规划设计研究院有限公司，浙江宁波  315000）

摘 要：本文介绍了某超限高层建筑的抗震设防可行性设计过程，通过计算和分析，验证该结构在正常使用和极端地震作用下的安全性和可靠性。

关键词：高层；超限；抗震

1工程概况

本项目建筑总建筑面积约16.8万平方米，本单体B6B7-2面积约1万平方米。本单体地上6层，功能为办公或会议，首层层高7.95米，二层层高6.55米，三层层高6.0米，四层及以上层高4.5米，屋顶标高为36.70m，属超限高层建筑。此单体为钢筋混凝土框架结构，采用现浇钢筋混凝土梁板楼盖，楼板厚度一般为120m，部分板跨度或荷载较大者相应加厚。框架梁截面尺寸为400×800、400×1000、400×1200，次梁截面一般为200x500、250×600、300x600、300x700、300x1200、300x1500等。结构整体模型如图1所示。典型平面如图2所示。

图1  结构整体模型

设计条件：本工程的结构设计使用年限为50年，安全等级为一级，结构重要性系数为γ0=1.1。计算结构整体指标时采用50年一遇的基本风压w0=0.45kN/m2；地面粗糙度类别为B类，体型系数取1.4。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010 2015年版)【1】，本项目属于乙类建筑，应按高于本地区设防烈度一度的要求加强其抗震措施（即抗震措施按8度），且应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用（即地震作用按7度（0.10g））。

二层平面                                  四层平面

图2  结构平面

根据地质报告及基础受力情况，采用天然地基上的柱、梁下扩展基础，基底置于较完整中风化石灰岩③，要求地基承载力特征值fak≥700kPa。本工程地基基础的设计等级为乙级。

根据地质勘察报告，场地内勘探深度内未见第四系孔隙潜水及岩溶裂隙水，根据以往工程经验，可不考虑抗浮稳定问题。地下室底板厚500mm，上部结构嵌固于地下室顶板，嵌固层采用普通钢筋混凝土梁板楼盖，板厚400mm（顶板覆土2m，人防等级为5级）。

2超限判定

根据计算结果，本工程的超限判定如下：

1）扭转不规则。

2）凹凸不规则。

3）楼板不连续。

合计共有3项不规则。

3主要计算结果

采用设计软件YJK和ETABS对本项目进行小震反应谱和风荷载分析，主要计算结果如下表所示：

YJK、ETABS主要计算结果对比表

在中震作用下，本工程结构的抗震性能目标为性能水准3。中震作用下的内力计算采用等效弹性方法，具体参数为：水平地震影响系数最大值取0.23，场地特征周期取0.45s，周期折减系数取为0.9，中梁刚度放大系数取为1.5，结构阻尼比取为0.055。按等效弹性计算的中震作用下结构相关指标如下表所示。

为量化规范要求的“大震不倒”设防目标及复核大震时关键构件的性能水准，采用EPDA（PKPM2010版）程序对建筑物在罕遇地震作用下进行静力弹塑性推覆分析。为简化模型，采用刚性楼板的假定。

7度抗震设防区根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）【2】，大震下水平地震影响系数最大值αmax取0.50，特征周期增加0.05s，为0.50s。分两步进行加载。第一步为施加重力荷载代表值，并在后续施加水平荷载过程中保持恒定。第二步为逐步施加竖向分布模式为弹性CQC地震力的水平荷载。大震下静力弹塑性分析所得的性能点处相关指标如下表：

4抗震技术措施

本工程理论计算的各项指标均满足规范要求，但存在扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续等不规则项，针对结构超限情况，设计中对结构计算分析和抗震措施两方面进行了加强，保证整体结构实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”三阶段设防水准且有更大的富裕度，结构整体安全可靠，关键构件具备足够的延性，具体措施如下：

1、按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）【2】结构抗震性能设计要求，设定结构抗震性能目标为C级。

2、分别采用建筑结构分析与设计软件YJK（2.0.1版）和ETABS（9.7.2）设计软件进行了小震下的对比计算，消除单一软件分析片面性和局限性。

3、进行了小震下的弹性动力时程分析，并和小震下的振型分解反应谱法计算结果进行对比，地震作用效应取两者规定值的较大值结果。

4、根据规范反应谱，采用YJK软件进行整体计算，要求构件满足预定的中震弹性或中震不屈服的性能目标。

5、采用EPDA弹塑性分析程序进行Pushover分析，判断结构和构件在大震下对应的性能水准，以验证结构能够实现“大震不倒”的设防目标及中度损坏的性能目标。

6、竖向构件的加强措施

1）加强一般框架柱、梁：控制框架柱、梁的轴压比以保证大震时的延性，适当提高1~2层框架柱、梁纵筋配筋率至1.2%~1.4%，局部受力较大处取中震、小震配筋进行包络设计，并相应提高其箍筋的体积配箍率。

2）加强大跨度框架柱、梁：更严格控制其轴压比，纵筋配筋率提高至2.0%，体积配箍率提高至1.2%。

7、楼板加强措施

1）通过楼板应力分析，有针对性的对楼板进行加强，提高连廊及凹口附近楼板配筋率，采用双层双向配筋。

2）对扭转位移比较大的裙楼边框构件承载力进行加强。

5结论

本工程属A级高度的高层建筑结构，采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，存在扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续共3项不规则。针对不规则项采取了针对性的加强措施。采用了YJK、ETABS进行竖向荷载、风荷载、地震作用的弹性计算，并采用EPDA＆PUSH（PKPM2010）程序对建筑物在罕遇地震作用下进行静力弹塑性推覆分析。分析结果显示，结构可达到预期的抗震性能目标C级，结构抗震性能优良。

[参考文献]

[1] GB50011-2015抗震结构设计规范[S]．

[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]．

作者简介：陈哲武（1990—），男，广东潮州人，工程师，主要从事结构设计工作。