东莞恒大金碧华府超限设计

摘要：通过对一高层超限设计过程的介绍，重点讨论了超限判定、计算要点、步骤、方法等问题。

关键词：超限高层；时程分析；中震弹性；中震不屈服；静力弹塑性

1.工程概况

恒大金碧华府项目场地位于广东省东莞市莞城区区政府旁，总建筑面积约为31万m2。本工程地下室埋深南面高北面低，相差约8m，故考虑地下室-2层楼面为整个工程的水平嵌固端，-2层以上采用抗震缝将各栋分开。本工程为地面以上12栋高层带一层地下室的建筑，其中5栋超限高层，本文仅以其中1栋为代表说明。塔楼为地上45层剪力墙结构，高宽比为7.5，长宽比为1.23，总高度为149.4m。

塔楼位于整个建设项目的东北侧，为场地低区，负二层板为本塔楼的水平嵌固层，地下室埋深为5m。地面以上三层为裙房，裙房为框架一剪力墙结构，裙房以上为剪力墙结构，剪力墙主要在电梯间、房间分隔墙等位置设置。根据建筑物的总高度、抗震设防烈度、建筑的用途等情况，本工程采用剪力墙结构体系，结构的主要抗侧力构件为剪力墙。

根据《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》（粤建市函[2011]580号），本工程高度超过规定限值，结构类型符合现行规范的适用范围，不属于结构布置复杂的钢筋混凝土高层建筑，但存在“超限审查要点表2”所列不规则项的“扭转不规则”1项不规则，“超限审查要点表3”所列不规则项为0项不规则；属于超限高层建筑。

2.设计条件

本工程的设计基准期为50年，结构的设计使用年限为50年。建筑结构安全等级为二级，地基基础的设计等级为甲级。

建设场地内未发现断裂构造迹象，土层等效剪切波速120-235m/s之间，场地土为中软土～中硬土，场地覆盖层度平均1.400-14.80m，场地类别为Ⅱ类。场地位于Ⅵ度区，由于小震下安评的影响系数比规范的影响系数大，故小震采用安评值计算（αmax=0.0711），中震和大震则按规范值计算。结构水平位移验算时基本风压采用0.55kN/m2，结构承载力验算时基本风压采用0.605kN/m2，地面粗糙度类别为B类，体型系数为1.4。

3.弹性计算结果及分析

采用PKPM的SATWE（新规范版2010版）为主要计算程序，GSSAP（新规范版16.0版）为对比计算程序；

（1）结构的整体计算结果（见表1）

（2）弹性时程分析及对比（见表2）

采用SATWE进行弹性动力时程分析，输入地震波为五组实际地震记录和两条场地合成人工波。小震下的弹性时程分析按Ⅵ度地震2类土，阻尼比为0.05考虑，最大加速度峰值按规范取为31gal。

由以表1-2可看出：

弹性时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80%，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65%的条件。在x向地震作用下，弹性时程分析的各楼层平均剪力结果接近于规范反应谱结果；在Y向地震作用下，弹性时程分析的各楼层平均剪力结果接近或略大于规范反应谱结果，10层处的楼层剪力差别比其他楼层大，相差约6.0%，40层处的层问位移角差别比其他楼层大，相差约5.0%，加速度时程最大平均层问位移角小于规范限值1/1000。对这些楼层将振型分解法的地震力按相应的差值放大，则能达到包络时程分析的结果的目的。

4.中震验算

采用SATWE作中震作用下除普通楼板、次梁以外所有结构构件的承载力，根据其抗震性能目标，结合《高规》中“不同抗震性能水准的结构构件承载力设计要求”的相关公式，进行结构构件性能计算分析。

本工程的底部加强区剪力墙（关键部位）的受剪承载力按中震弹性的计算方法计算，即不考虑地震组合内力调整系数，但考虑荷载作用分项系数，考虑材料分项系数和抗震承载力调整系数。

非底部加强区剪力墙的正截面承载力以及其他构件的承载力验算按中震不屈服的计算方法计算，即计算中不考虑地震组合内力调整、荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取为1.0。

中震计算采用反应谱法，《安评报告》中最大地震影响系数比规范大，故取规范值：αmax=0.12，阻尼比∈=0.06。

在中震弹性计算时，底部加强区剪力墙没有出现超筋的情况，只有个别连梁出现超筋情况，关键部位正载面承载力验算满足要求。

在中震不屈服计算时，底部加强区剪力墙没有出现超筋的情况，非底部加强区剪力墙正截面承载力验算满足“抗弯、抗剪不屈服”的要求；个别楼层的连梁或剪力墙出现超筋的情况，框架柱、框架梁的配筋需求比多遇地震作用下的需求略低，框架柱和框架梁没有出现超筋情况，普通剪力墙配筋率较低，其满足抗剪截面验算的要求。全楼刚性楼板计算的中震弹性最大层问位移为：1/938（x向）、1/863（Y向）。

5.静力弹塑性分析

按规范要求的“大震不倒”的抗震设防目标，采用PUSH&EPDA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倒三角的水平荷载。性能点处顶点位移为：259.0mm（X向）、294.3（Y向）；最大层间位移角为：1/514（x向）、1/455（Y向）；基底剪力：14491kN（x向）、13945kN（Y向）。

在罕遇地震作用下，最大层间位移角为1/455，性能点处各层弹性位移角满足性能C“层间位移应小于1/250”的要求，建筑物可实现“大震不倒”的抗震设防目标。

在两向推覆下，结构在加载开始时，楼层底部连梁开始出现一些微裂缝，随着加载步数的不断增加，连梁开裂不断向上部楼层发展，在性能点处时楼层墙体在出现一定数量的裂缝，但剪力墙没有出现破坏，属于轻微损伤。

性能点处构件具体情况见表3。

6.结论

（1）选用7组地震波，对结构作弹性时程分析，在满足规范对时程分析结果要求的同时，将结果与反应谱分析结果相比较。对弹性时程分析结果凸显出比反应谱法有更大地震反应的构件或楼层，应加强与包络设计。

（2）对关键构件进行中震弹性验算，通过中震的计算结果可知，关键构件满足规定的性能要求。

（3）针对上述超限情况，对结构进行罕遇地震下的PUSHOVER分析，以确定结构能满足第二阶段抗震设防水准要求，并对薄弱构件制定相应的加强措施。

（4）扭转不规则使主体结构薄弱部位通常出现在整体结构边缘区域，设计时采取减小边缘结构竖向构件轴压比、剪压比及提高配箍率、配筋率等措施，提高结构延性，避免脆性破坏。

综上所述，本工程虽然存在1项不规则，高宽比达7.5，但结构形式比较简单，我们在设计中充分利用概念设计方法，对关键构件设定抗震性能化目标。从各种计算结果显示本工程除能满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外，亦满足“性能目标C”的抗震设防目标。

参考文献

[1]《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规划》JGJ3-2010.

[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.

[4]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.

收稿日期：2013-5-3