德阳某超限建筑结构分析

中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号：

摘要：本文简要介绍了德阳某超限建筑的工程概况，并用SATWE和MIDASBUILDING进行结构分析，最后提出针对性的设计措施和抗震加强措施。

工程概况

该项目为德阳市旌阳区，采用框架-核心筒结构，嵌固端以上高161.0m。嵌固端以下共两层地下室，总高度12.100m。本工程场地地震基本烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第二组，拟建场地类别为Ⅱ类。地面粗糙度类别为B类，50年一遇基本风压为0.30KN/

依据地勘报告及本工程上部结构特点，裙房框架柱基础用柱下独立基础；主楼范围用筏板基础，筏板厚度3m，选用中密或密实卵石层作基础持力层。其基础抗浮设计水位度482.00m，地下室室内地坪474.2m。地下室底板用抗水板以及抗浮锚杆，板面标高与建筑标高齐平，排水沟、集水坑等与底板、筏板整体浇筑。地下室抗水底板厚度300mm (抗浮锚杆由专业公司设计施工）。该工程地下室开挖后形成约13m高土质边坡。地下室基坑支护由专业岩土公司设计施工（已通过专项审查)，整个施工期间不考虑地下水的作用。

结构超限判定及抗震性能目标

2.1 超限判定

本工程为平面及竖向规则性不超限、高度超限的B级高度的超限高层建筑。本工程虽然规则性不超限，但存在如下不规则情况：1）最大水平位移与平均位移比值1.31大于1.2，属于扭转一般不规则。2）底层右侧入口大堂楼板局部上抬，形成局部错层柱；由于建筑立面需要，入口处两轴线上框架柱为跃层柱。

2.2结构抗震性能目标

按建设部颁布的超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点精神，根据《高规》3.11.1条的条文说明，房屋高度超过A级高度或者规则性超过适用范围较少时，可考虑选用C级或D级性能目标；本项目为平面一般扭转不规则和竖向较规则且超过A级高度限值较小的B级高度高层建筑，故选用《高规》中D级性能目标即多遇地震时满足性能水准1，设防烈度地震时满足性能水准4，预估的罕遇地震时满足性能水准5。

3 SATWE和MIDAS Building结构计算结构分析

3.1 计算周期对比

从计算结果看出，SATWE和MIDAS Building两种模型计算出的结构周期基本一致（MIDAS Building计算的周期结果略短）。第一振型为Y方向平动，第二振型为X方向平动，第三振型为扭转振动，T3/T1 = 0.68 (0. 67)

3.2层间位移角

由计算结果得知，SATWE和MIDAS Building两种模型计算出的结构层间位移角结果基本一致（MIDAS Building计算的层间位移角略小）。结构两个主方向的弹性最大层间位移角均小于1/750，满足《高规》第3.7.3条要求。

3.3 抗震分析

根据《高规》第五章的相关规定，本工程应采用两个力学模型的结构分析软件进行整体计算，应采用弹性时程分析法进行补充计算，应采用弹塑性静力或动力分析方法补充计算。

本工程使用SATWE(2010版）以及MIDAS Building 2010进行多遇地震作用下以及风荷载作用下的结构分析；采用SATWE进行多遇地震作用下的结构的弹性时程分析；采用PUSH&EPDA对结构进行设防烈度以及罕遇地震作用下的静力弹塑性分析。

(1) SATWE计算结果

（2）周期振型

SATWE与MIDAS Bui1ding计算的前十个振型周期计算结果如下:

由上图可以看出，SATWE和MIDAS Building两种模型计算出的结构楼层剪力和剪重比结果基本一致。结构两个主方向剪重比：X向：1.8% (1.93%) >1. 6%； Y向：1.61% (1.66%) >1.35%，满足《高规》第4.3.12条的要求。

4.结论

4.1反应普法知识小结

经以上分析，SATWE与MIDAS Building两种软件分析的各项指标大小及变化规律基本一致，分析结果能真实反映结构的在弹性阶段的受力和变形状态；结构各项分析结果均满足现行国家规范及规程的要求。从反应谱分析结果可以看出，结构具有合适的刚度，整体稳定性符合要求。两种软件计算结果均满足各种工况下的规范要求且具有较好的一致性，符合工程经验与力学概念所做出的判断，分析结果真实可信。程序的计算结果可以作为本工程的设计依据。

4.2静力弹塑性分析结论

静力弹塑性推覆分析结果表明：

(1)当水平推覆力达到相当于“多遇地震”水平时，位移-荷载曲线基本保持直线，说明结构 的整体性能保持弹性；当加载至相当于“设防烈度地震”水平时，竖向构件基本保持弹性，部分水平构件进入屈服，出现塑性铰，即可以满足规范“中震可修”的设防目标；当加载至相当于“大震”水平时，塑性铰发展，侧向刚度下降，推覆曲线逐渐趋向平稳，表现出明显的塑，但是仍保持向上的趋势，说明结构仍具有稳定的抗侧推能力。在大震作用下，结构的弹塑性位移角（X向：1/334，Y向：1/169)能够满足规范不大于1/100的要求，符合“大震不倒”的设防要求。

(2)框架梁与筒体连梁首先开裂和出现塑性铰，作为结构的耗能构件，达到预期控制目的。

(3)随着荷载增加，结构底部加强区核心筒剪力墙形成较多受拉裂缝，而作为第二道防线的框架柱在整个推覆过程中均未出现塑性较。

(4)结构总体上在中震时基本处于弹性状态，大震时中等损坏具有较强的抗倒塌能力，抗震性能优于规范要求。

4.3结构舒适度计算

根据SATWE计算：

X向顺风向顶点最大加速度(m/ s2) = 0.011 ；X向横风向顶点最大加速度(m/ s2) =0.026

Y向顺风向顶点最大加速度（m/ s2) = 0. 020 ；Y向横风向顶点最大加速度(m/ s2) = 0.019

顶点最大加速度小于《高层混凝土结构技术规程》中4.6.6条的限值（0.25m/s2)，满足规范的要求。

5针对性的设计措施和抗震加强措施

5.1针对性的设计措施

采用SATWE与MIDAS BUILDING两种软件对结构进行分析，并对其结果进行比较。两个软件在整体结构计算结果中各控制参数较吻合；

采用SATWE进行弹性时程分析，时程分析显示的结构反应特征、变化规律与振型分解反应谱法分析基本一致；时程分析表明：地震力作用下，《安评报告》所提供的人工波基底地震剪力值大于反应谱法的计算结果；实际设计时将依据时程波的楼层剪力包络值与反应谱法进行包络后对构件进行设计；

采用SATWE对关键构件进行中震设计；对核心筒剪力墙进行罕遇地震作用下的抗剪截面验算；静力弹塑性分析结果表明：中震作用下，结构基本处于弹性；大震作用下，层间位移角能够满足规范的限值；裂缝的开展情况、塑性铰的形成特点均能反映大震作用下，耗能构件 (如连梁、框架梁）优先出现塑性铰的特点；框架柱在整个推覆过程中均未出现塑性铰，能够满足抗震性能目标的要求。

5.2抗震加强措施

1）本工程为B级高度高层建筑，通过调整结构布置及构件截面，尽量减少结构不规则及不规则程度，从概念上保证结构抗震的合理性；结构整体按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的B级建筑采取抗震措施；

2）针对结构高度超限问题，选择《高层建筑混凝土结构技术规程》3.11.1条中的性能目标D进行性能设计，对于底部加强区的剪力墙和框架柱按照中震不屈服进行设计；错层处框架柱与跃层柱按中震弹性、大震抗剪不屈服设计；

3）为了增加塔楼框架柱的延性，对剪跨比小于1.5的框架柱，配箍特征值相对于规范提高0.02，且采用直径12、间距100的复合箍筋，并控制轴压比不大于0.75；对剪跨比小于1.5且轴压比大于0.6的框架柱，在上述措施的基础下增设芯柱（配筋率不小于0.8%)。

4）针对开洞面积较大的核心筒筒体内部，板厚设置为140mm，配筋双层双向，单层单向配筋率不小于0.25%；错层处框架柱采取比一级更严格的抗震构造措施；根据PUSHOVER计算分析，底部加强区剪力墙水平及竖向分布钢筋的配筋率提高至0.40%;加强核心筒墙体变形能力，核心筒外圈连梁配置交叉斜筋（宽度小于400大于250）或对角斜筋（宽度大于等于400)；核心筒底部加强部位约束边缘构件按照《高层建筑混凝土结构技术规程》9.2.2条约束边缘构件沿墙肢的长度取墙肢截面高度的1/4进行设计，底部加强区以上筒体四角设置约束边缘构件，约束边缘构件的配箍特征值相对于规范提高0.02；对截面高度与厚度之比小于4的剪力墙按框架柱进行截面设计。