某高位转换超限高层的设计

摘要：通过对某高位转换超限高层的设计回顾，分析其受力特点，并结合当地施工条件在设计过程采取相应的抗震措施，使其达到预想的抗震的性能设定。

关键词：超限高层建筑；高位转换

前言：近些年，大规模的商住一体化的项目应用越来越广泛，此类型建筑结构类型较多采用框支剪力墙结构。根据高规10.2.2条规定，框支剪力墙结构转换构件位置：7度时不超过5层，8度时不超过3层，如突破此规定，应针对性的进行计算分析、并进行性能设定和验证。笔者就某个工程，谈谈在设计过程中的一些体会。

1、工程概况

工程位于青海西宁，抗震设防烈度：7度，设计地震分组：第二组，设计基本地震加速度0.10g，抗震设防类别为丙类，地下2层，地上30层，裙楼一层～七层为商业，八层以上为住宅塔楼，建筑高度为99.67米，采用框支剪力墙结构，转换层位于7层顶板，转换层高度为22.250米，塔楼高宽比为5.4，塔楼长宽比为4.4，场地土类别为Ⅱ类，基础持力层为圆砾层，采用平板式筏基。

转换层平面如下图所示

八层平面布置图

结构超限及平面和竖向不规则内容如下：

1.1平面布置不规则，裙房部分（八层以下）为方形，住宅部分（八层以上）为凹型，根据高规第3.4.3条规定，，实际值为0.69；，实际值为3.4；

1.2竖向布置不规则，根据高规第4.4.4条规定，框支剪力墙结构属于竖向不规则结构。

本工程存在以下以下超限内容：转换层位置超过了7度区转换层位置不宜超过五层的规定。

2、受力特点

2.1竖向构件应力突变较为严重，相关研究及试验表明，当转换层位置越高时，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下内力传递途径的突变越加剧；此外，转换层位置越高，落地剪力墙或筒体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的墙体易于破环。计算结果分析结果表明，本工程中转换层的框支柱、角部的落地剪力墙配筋结果为计算配筋，尤其是平面中凹型两侧突出部位的角部落地剪力墙墙、边柱配筋值较大，个别框支柱配筋率达到3%，说明平面突出部位在地震作用下产生局部震动。

2.2住宅部分为凹型，平面布置不规则，突出部分较长，地震作用下，易产生较大的扭转，在X向地震作用下，凹型端头、内侧转角处端部连接位置（核心筒处）楼板在转换层位置会出现应力集中的情况。

3、设计过程采取的相应措施

3.1为提高凹形塔楼的抗扭能力，设计中在建筑的角部增设了落地剪力墙，且加大了落地剪力墙的厚度为600mm厚，计算后位移比控制在1.2。

3.2为提高框支柱延性和极限承载力，结合当地的施工水平，采取在框支柱中增设钢筋砼芯柱及密箍，芯柱截面的最小长度分别取大于柱截面长度的1/3，芯柱配筋率大于0.8%。

3.3增加转换层楼板厚度且控制板跨，增加转换层凹形内侧转角处楼板配筋。

4、计算结果分析和对比

本工程采用了PKPMSATWE（2005）及ETABS 8.4进行计算比较并对结构的重要部分提出相应的性能指标，如对框支柱、落地剪力墙和转换梁进行弹性中震验算，对塔楼中部连梁设计中采取措施，确保其屈服性质是具有抗震延性的抗弯屈服，调整框支柱的地震剪力，使框支柱承担的水平地震剪力不小于基底剪力的30％等并针对计算结果的特点采取构造加强措施。

5、性能验证

罕遇地震作用下静力弹塑性分析结果

本工程在罕遇地震作用下的弹塑性静力分析采用PUSH&EPDA软件进行，分析方法具体详下：推覆沿着互相垂直的X、Y方向分两次进行，每个方向的加载过程分两大步，第一步先施加竖向的静力荷载，第二步是施加侧推荷载。静力荷载和侧推荷载均采用step-by-step的非线性分析。对于侧推荷载，程序提供了倒三角形和矩形两种荷载类型，本次分析采用了倒三角形荷载形式。构件的配筋直接读取SATWE的分析配筋结果。材料的强度选取标准值。杆件铰的判别条件为：截面刚度退化为初始截面刚度的20%时认为出现塑性铰。

结果如下：

5.1在罕遇地震作用下X向的最大层间位移角为1/122，小于规范限值（1/120）；Y向的最大层间位移角为1/135，小于规范限值（1/120），可以认为结构此时不会倒塌。

5.2从罕遇地震作用下结构各楼层的位移和层间位移角分布来看，结构进入弹塑性阶段后的刚度分布较为合理，没有出现明显的薄弱层。

5.3从罕遇地震作用下的出铰图来看，这时结构的连梁大多屈服了，剪力墙也有部分开裂屈服，损坏不严重，结构还能进一步抵抗地震作用。

罕遇地震作用下X向承载力需求谱

罕遇地震作用下Y向承载力需求谱

6、设计总结

高位转换时，转换层上、下刚度突变较大，转换层上、下内力传递途径的突变加剧，落地剪力墙、筒体和框支柱在转换层下一两层弯矩较大，且在转换层以上两层的剪力墙受力也较大，设计过程应予以分析加强。需和建筑专业有效配合，适当调整落地剪力墙的位置，增加结构的抗扭刚度，尤其是平面有突出部位时，突出部位角部宜增设落地墙，并增加落地剪力墙数量和厚度，使上下抗侧力构件尽可能连续、均匀，并采取有效措施，增强底层转换抗侧力构件的延性，使结构具有较好的耗能和变形能力。

参考文献：

[1]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程

[2]论高层建筑结构层间位移角限值的控制 魏琏 王 森

[3]《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》．2003