带梁式转换层高层建筑抗震设计

摘要：超限的高层建筑必须做好抗震设计，在专家讨论组研究通过后方可进行施工建设，这样才能保证建筑和人们的安全。本文以某个超限高层建筑建设为例，通过对结构体系和建筑的超限判定，进行计算后分析数据，选用合适的材料和施工技术，使该超限高层建筑完工后能达到预期的抗震目标。

关键词：Y形平面；高位转换；超限高层建筑；框支剪力墙结构；抗震性能设计

1 工程概况

某住宅小区，由1栋3层物业综合楼及7栋地上11层至30层不等的高层住宅楼组成，其中5#，8#楼地上均为30层，房屋高度均为88.56m，主要建筑功能：地下室用作人防和库房，1～4层为商业，5～30层为住宅，通过在层4设转换层实现建筑功能的变化，层1～3高4.2m，层4高5.3m，层5高3.15m，标准层层高2.9m。

2 地基基础设计

基础选用平板式筏形基础，5#楼持力层为卵石层，8#楼持力层为卵石层和砂岩层，筏板厚度为1.5m（部分筏板厚度为1.8m）。5#楼和8#楼的基础有效埋置深度分别为14.35m和14.15m。砂岩层为强风化状态，岩性呈散体状-短柱状，遇水、遇扰动、暴露于空气中均易风化，施工中严格采取三防措施（防水、防扰动、防风化）确保地基可靠性。强风化砂岩的地基承载力特征值在经现场载荷试验测定后的结论为：在降水后、未扰动的状态下为457kPa，满足承载力要求。

3 结构体系及超限判定

3.1 结构选型

8#楼选用全现浇钢筋混凝土部分框支剪力墙结构，框支层位于4层，框支梁、柱均采用型钢混凝土构件，楼板采用钢筋混凝土现浇楼板。

3.2 结构布置

周边剪力墙和核心筒剪力墙尽量落地，落地剪力墙均匀布置并加大厚度，保证框支层剪力墙具有足够的抗侧刚度和抗扭刚度。框支柱、框支梁及框支梁上部剪力墙三者中心线对齐，避免产生偏心扭矩。

3.3 主要构件尺寸及材料

框支柱的截面尺寸为1200×1200，1400×1400，内配十字形型钢，截面尺寸分别为700×300×30×40，1000×350×36×50；框支梁的截面尺寸为1000×1400，1100×1600，内配工字形型钢，截面尺寸分别为1000×300×40×40，1100×300×40×50；框支层落地剪力墙的厚度为600，内部剪力墙的厚度为200，300，450；框支层以上剪力墙的厚度为450～300、内部剪力墙的厚度为400～200。混凝土的强度等级为C50～C30，自下而上分层变化，型钢的牌号为Q345B。

3.4 超限类别及判定

3.4.1 房屋高度超限判定

8#楼房屋高度为99.95m，超过8度抗震设防烈度区部分框支剪力墙结构A级高层建筑80m的最大适用高度，未超过B级100m的最大适用高度，属B级高度的高层建筑，为高度超限的高层建筑。

3.4.2 超限综合判定

8#楼为B级高度高位转换的钢筋混凝土部分框支剪力墙结构的超限高层建筑，且具有扭转不规则、凹凸不规则和细腰形组合平面不规则等项。

4 结构抗震性能目标

为保证本工程结构抗震设计超过规范三水准设防的要求，采用抗震性能设计方法，根据本工程的超限情况，拟定抗震性能目标为D级，可表述为“小震无损、中震中损、大震较重损”，各性能水准结构预期的震后性能状况和层间位移角控制指标。

5 结构计算与分析

5.1 计算软件

由于8#楼属于较复杂的超限高层建筑，因此选用SATWE和MIDAS两种计算软件进行结构计算和对比，结构嵌固端取在地下1层顶板，由于结构平面为Y形，故结构计算时增加沿Y形两翼2组附加地震作用方向进行结构计算。

5.2 小震下弹性计算的主要结果

小震作用下两种程序整体计算的结果可以看出，两种程序计算的主要指标是基本吻合的，具有可对比性，且均满足规范要求。由于结构平面为Y形，存在较多的凹口，削弱了平面的整体性，采用弹性楼板模式进行内力配筋计算，以充分考虑楼板刚度对结构构件的影响。

5.3 转换层相邻上下层结构侧向刚度比分析

带转换层的结构易产生刚度突变，从而形成软弱层，对抗震不利，按规范的相关要求，对3种刚度比进行了严格控制，避免了薄弱层的出现。

（1）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3―2010）（简称高规）附录E.0.2条的要求，按公式3.5.2-1计算转换层与相邻上一楼层的侧向刚度比γ1=（V4Δ5）/（V5Δ4），转换层与相邻上一楼层侧向刚度比γ1均大于0.6，满足规范要求。

（2）根据高规公式3.5.2-2计算转换层与相邻上一楼层的侧向刚度比γ2=（V4Δ5h4）/（V5Δ4h5），计算结果见表4。转换层与相邻上一楼层侧向刚度比γ2均大于1.1，满足规范要求。

（3）根据高规附录E.0.3条的要求，按公式E.0.3计算转换层下部与上部结构的等效侧向刚度比γe2=（Δ2H1）/（Δ1H2）。转换层上、下部结构等效侧向刚度比γe2均大于0.8，满足规范要求。

6 超限设计的主要抗震措施

（1）采用抗震性能设计方法，设定结构的抗震性能目标为D级，超过规范最低的抗震要求，留有一定的余地。

（2）进行中、大震作用下的结构静力弹塑性分析。结果表明：在中、大震作用下，X，Y向弹塑性层间位移角均小于1/250（中震）或1/135（大震），符合性能目标所设定的要求。从塑性铰的发展状况来看，达到了中震作用下框支框架保持弹性、剪力墙个别部位产生裂缝、总体不发生剪切屈服、大震作用下剪力墙的损伤控制在一定范围的要求，确保结构大震不倒，但需对中震作用下产生裂缝的部位进行加强。

（4）框支柱采用型钢混凝土柱，型钢混凝土柱含钢率不小于4%，配筋率不小于0.8%，主要框支梁采用型钢混凝土梁，型钢混凝土梁含钢率不小于3%，配筋率不小于0.3%。

（5）框支框架和底部加强部位的剪力墙的抗震等级取为特一级，底部加强部位自基础底板算起取至框支层以上两层，特一级框支柱轴压比不大于0.6，特一级剪力墙轴压比不大于0.4。

（6）严格控制转换层附近楼层的刚度比和强度比，避免出现软弱层和薄弱层。转换层与相邻上一楼层侧向刚度比γ1控制不小于0.6；转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γe2控制不小于0.8；转换层与相邻上一楼层的侧向刚度比γ2控制不小于1.1；转换层与相邻上一楼层的层间受剪承载力之比不小于0.8。

（7）对框支转换层考虑竖向地震作用。对框支梁进行应力分析，按应力校核配筋，在应力集中部位加大纵向钢筋和箍筋。对框支层楼板的受剪承载力进行复核，保证不落地剪力墙的传力符合要求。

（8）对每层框支柱承受的地震剪力按结构基底剪力的30%进行放大调整，保证第二道抗震防线的承载能力。

（9）针对细腰形组合平面和扭转不规则采取适当的抗震加强措施。Y形平面的每个翼都均匀布置剪力墙，使抗侧刚度在结构平面的各个部位均匀分布，避免产生薄弱部位。平面凹口处均设拉梁，与拉梁对应的楼板内设置暗梁，形成环形连续贯通的暗梁加强带，其所在部位的板厚均取150mm，加强平面的整体性。将剪力墙加厚、内部剪力墙适当减少，提高结构整体抗扭转能力。

7 结语

由上可见，因为在施工前进行了周密的观察计算，采取了合适的抗震设计和措施，增强了建筑的抗震性能，使该超限高层建筑达到了预期的抗震性能目标。所以我们在进行超限高层建筑施工时必须按照实际情况来制定相对应的抗震设计，让建筑更加安全可靠，这样才能创造更好地经济和社会效益。

参考文献：

[1]雷静 等.高层建筑中梁式转换层的设计及探讨[J].基建优化，2006年02期.

[2]荣维生.带板式转换高层建筑混凝土结构抗震性能研究[M].中国建筑科学研究院，2004年.