超限高层建筑结构抗震设计研究

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1、超限高层建筑结构抗震设计研究　　摘要：本文以昆明某住宅项目作为工程实例，从工程概况、基础及嵌固部位、对比计算、时程分析、性能设计等方面对超限高层建筑进行抗震设计分析。关键词：超限；高层建筑；剪力墙结构；抗震设计；性能设计中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：1工程概况本工程位于昆明市，规划用地25万㎡，总建筑面积为127万㎡。该工程住宅部分为剪力墙结构，均为高层及超高层建筑，其中有18栋达到B级高度。设计使用年限50年，抗震设防类别丙类，设防烈度8度，基本地震加速度0.20g，设计地震分组第二组，抗震等级一级。结构的安全等级二级，地基基础

2、设计等级甲级，建筑桩基设计等级甲级。场地类别Ⅲ类，基本风压为0.35KN/㎡（100年重现期）。本文以16#主楼（39层，建筑高度120m）为例进行分析，户型如下图所示：2基础设计及沉降控制6根据地质报告，基础为桩筏基础，筏板厚度2m，每边扩出主楼范围1.5~3m；采用边长450预应力混凝土空心方桩，桩受力为摩擦桩，桩长约35m，以粉土层为持力层，单桩承载力特征值为2600~3000KN。该楼地下三层，基础底板埋深均达17m以上，最大附加应力约为240Kpa，沉降可控制在100mm以内，沉降差满足要求。3嵌固位置主楼嵌固位置为地下室顶板。地下一

3、层以下设置施工后浇带及沉降后浇带。住宅楼地下室与地下车库及商业在地下室连为一体，地下一层顶板以上（包括商业部分）设置伸缩缝，形成单塔结构，避免了大底盘多塔结构。各楼嵌固层与上层剪切刚度比采用的是要求较高的剪切刚度算法，刚度比≈2。4超限情况根据《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》(建设部令第111号)，对高层住宅的各项指标进行检查，超限结果为：高度超过100m但不大于130m，为B类高层。平面规则性：不规则结构，位移比大于1.2但不大于1.4部分楼平面凹凸尺寸大于相应边长30%。竖向规则性：各楼平面上下无变化，仅楼底部层高有变化，通过改变墙厚及

4、混凝土标号，刚度变化满足规范要求，无薄弱层。其他情况：无错层、无转换、无多塔、无连体，无扭转不规则。5计算及结果6本工程采用SATWE及PMSAP进行对比，两者计算的结果接近，结果如下：周期及阵型均是1、2周期平动，3周期扭转；扭转周期与平动周期的比值小于0.85，满足规范要求。位移满足1/1000的要求，位移比满足不大于1.4。阵型数不小于15，有效质量不小于90%。楼层最小剪重比大于3.20%。刚度无突变，无薄弱层。整体稳定满足要求可以不考虑重力二阶效应。剪力墙的轴压比不超过限值0.5。通过两个不同模型的计算软件比较，确定力学模型计算的可靠

5、性；SATWE和PMSAP两个程序的计算结果基本一致，只是由于程序在某些方面处理方法在概念上不尽相同，计算结果在数值上存在一定差异，但均在工程上可接受的范围内。对比分析表如下：6时程分析采用SATWE程序进行了弹性时程分析，时程分析采用三类场地天然波（简称TH3TG055，TH4TG055）及三类场地人工波（简称RH1TG055），峰值加速度取0.7m/s2，采用包络设计。弹性时程分析表明：时程分析的最大楼层剪力曲线和CQC的最大楼层剪力曲线基本符合，说明CQC计算基本符合计算要求。时程的最大楼层剪力仅少数顶部楼层略大于反应谱结果，其余均小于反

6、应谱结果，超出不多，拟在施工图时候考虑放大该部分楼层的地震剪力；3条时6程曲线计算的结构响应位移与振型分解反应谱结果比较接近，位移响应曲线基本光滑无突变，说明竖向刚度变化平缓；3条时程曲线计算的结构响应层间位移与振型分解反应谱结果比较接近，均略小于CQC结果；时程计算楼层剪力分布曲线光滑无突变，底部剪力均大于振型分解反应谱法下的65%，3条时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于振型分解反应谱法下的80%，满足规范相应要求。通过对比时程分析的最大楼层剪力曲线和CQC最大楼层剪力曲线的计算结果，说明CQC计算基本符合计算要求。具体对比见下面的表格及图

7、形。7性能设计本结构为超限高层建筑，考虑采取性能设计。结合经济条件及抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，确定以下性能设计。1）采用合理的结构形式，避免复杂高层结构，使结构尽可能合理。本结构选用剪力墙结构，有较好的抗震性能。避免采用复杂的高层结构体系，无错层、无加强层；底部与多层商业设缝，嵌固于地下室顶板，形成单塔结构，避免大底盘多塔结构。2）选定地震动水准。本设计使用年限50年的结构，选用规范给定的的多遇地震、设防地震和罕遇地震的地震作用。63）抗震性能目标设计：抗震性能设计执行规范的三水准设防目标，对结构进行多遇地震作用下的

8、结构和构件承载力验算和结构弹性变形验算。选定性能设计指标。对关键部位底部加强区剪力墙的抗震承载力、变形能力进行适当提高。控制结构整体周期比及竖向刚度不