高层建筑抗震分析

摘要:以太原市某超限高层建筑为例，依据山西省抗震设防超限高层建筑工程界定规定，对该超限结构进行了分析，提出了多种抗震加强措施，在满足建筑功能的基础上，保证了结构整体受力的合理性，使建筑结构达到抗震性能化设计的要求。

关键词:超高层建筑，塔楼，结构类型，抗震措施

中图分类号:TU352．11 文献标识码:A

随着山西省经济的不断发展，太原作为山西省的省会城市，这座美丽的国家历史文化名城，焕发出新的色彩，城市建设迈开了大步。“十大建筑”坐落龙城，展现了古城太原迷人的现代魅力，迎接着四方的来宾。同时各种功能的超高层建筑也拔地而起。现就我参与设计的一个超限高层工程进行抗震分析，采取了各种抗震加强措施，以便为今后的设计工作提供一些参考。

1工程概况

本项目为集酒店、办公楼、商铺为一体的综合建筑体。建筑场地总用地面积约4806．12m2，总建筑面积约为114946．72m2，其中办公和商铺部分52944．86m2;酒店部分62001．86m2。地下3层，地上为1号塔楼26层，2号塔楼22层，塔楼之间裙楼5层。1号酒店塔楼建筑总高度为110．40m，2号办公楼塔楼建筑总高度为99．60m，1号塔楼为B级高层，2号塔楼为A级高层。1号、2号塔楼地上部分通过五层裙房连接，形成双塔结构体系。

2结构超限判定

塔楼采用钢筋混凝土框架—核心筒结构体系，各塔楼涉及超限内容如表1所示(依据晋建质字［2011］221号山西省抗震设防超限高层建筑工程界定规定)。1)1号酒店塔楼判定:a．采用钢筋混凝土框架—核心筒结构体系，建筑总高度为110．40m，规范规定的其高度限制(A级高度)为100m，本塔楼超过规范限制10．4%。b．一项不规则的内容:无。c．三项及三项以上不规则的内容:扭转不规则:考虑偶然偏心大的位移比大于1．2。X向占27%，最大值1．22;Y向占100%，最大值1．37。组合平面:本塔楼平面布置属于细腰型。尺寸突变:本塔楼属于多塔结构。其他不规则:局部楼层穿层柱。2)2号办公塔楼判定:a．房屋高度超过规定:无。b．一项不规则的内容:无。c．三项及三项以上不规则的内容:组合平面:本塔楼平面布置属于细腰型。尺寸突变:本塔楼属于多塔结构。其他不规则:局部楼层穿层柱。

3结构超限应对措施

1)1号酒店塔楼高度大于100m，按B级高度高层建筑进行设计，框架抗震等级为一级，核心筒抗震等级为特一级。2号办公塔楼按A级高度高层建筑进行设计，框架抗震等级为一级，核心筒抗震等级为一级。2)1号酒店塔楼考虑偶然偏心下位移比大于1．2，结构计算分析方面，采用两种符合实际情况的空间分析程序SATWE和MIDAS进行分析比较，采用考虑扭转耦连的振型分解反应谱法，同时考虑双向水平地震力作用影响，并取包络。3)1号酒店塔楼、2号办公塔楼平面布置为细腰，在相应细腰部位采用150mm厚钢筋混凝土楼板加强，配筋采用双层双向，对平面薄弱部位进行加强。相应楼板按弹性楼板进行补充分析。4)1号酒店塔楼、2号办公塔楼楼板采用钢筋混凝土楼板。地下一层顶板采用180mm厚楼板，按嵌固设计。采用双层双向配筋。针对楼板开洞较多的楼层，按弹性楼板进行计算，楼板厚度采用150mm，双层双向配筋进行补强，并增强楼板开洞周圈梁的抗扭性能，提高抗扭钢筋的配筋率，以增强结构整体性。对局部楼层穿层柱部位采用增大柱配筋率10%的加强措施。5)1号酒店塔楼、2号办公塔楼采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算，采用两条天然波一条人工波，取多条时程曲线计算结构的包络值与振型分解反应谱法计算的较大值用于结构设计。6)针对多塔结构，1号酒店塔楼、2号办公塔楼采取了单塔与双塔两种模型分别计算，并按包络设计。同时验算了设防地震下，主要竖向构件，受弯中震不屈服以及受剪中震弹性验算。7)1号酒店塔楼、2号办公塔楼连梁部分，采取将截面较高的连梁分成两根截面较低的连梁协同工作，减小了连梁的刚度，保证连梁在小震下的弹性工作。在罕遇地震作用下率先出现塑性铰，起到耗能作用。8)1号酒店塔楼、2号办公塔楼采用PKPM静力弹塑性EPDA＆PUSH验算罕遇地震下的弹塑性变形。9)1号酒店塔楼标准层周圈框梁采取加大梁截面的措施(500×900)，以减少结构整体的扭转效应。与两个塔楼相连接的裙房部分，考虑到功能复杂，空间变化多，同时协调两个塔楼的共同工作，将其框架的抗震等级提高一级，按特一级框架进行设计。连接两个塔楼之间的楼板，均采用180mm厚板，双层双向进行配筋，在泳池底部的大跨空间部分，采用高度为1．8m，大跨钢筋混凝土井字梁进行设计，相应部分的框架柱，设计为型钢混凝土框架柱。

4抗震加强措施

1)针对该项目超限内容的相应措施:a．采用SATWE和MI-DAS两种不同的计算模型对结构进行分析，确保计算的真实性。由于本工程为双塔结构，故采用双塔与单塔模型分别计算，按包络进行设计;b．增大底部加强区剪力墙、框架柱的配筋率，满足中震下抗剪弹性、抗弯不屈服的性能目标要求;c．楼板大开洞及塔楼连体区域的楼板采用弹性楼板模型计算，根据计算结果加强其构造措施，增加楼板厚度，采用双层双向配筋;d．核心筒墙体约束边缘构件延伸至地上8层顶板，框架柱箍筋采用全高加密，以增强结构整体的抗剪、抗弯性能。根据大震验算结果，针对底部墙体破坏部位增设型钢;e．1号塔楼超A级高度10m，考虑超出A级高度较少，故其抗震等级按规范规定的B级高度高层确定为核心筒特一级、框架一级;2号塔楼虽为A级高度高层但考虑与1号塔楼的耦联作用，抗震等级提高为同1号塔楼;裙楼范围楼板存在大开洞情况以及其对双塔楼的约束作用较为重要，故其框架等级提高为特一级;f．针对关键构件及重要构件(剪力墙、框架柱)箍筋采用全高加密的形式，底部加强区范围内将其内力放大10%，构件配筋按提高10%设计。其轴压比以规范规定为基准，分别按降低0．05设计;g．裙楼框架柱及框架梁采用型钢混凝土结构形式，4层顶大跨井字梁适当增加起拱率;1号塔楼及2号塔楼与裙楼相接的框架柱及框架梁采用型钢混凝土结构形式，以增大其延性;h．裙楼顶板及其上下各一层楼板加厚，以150mm厚设计，配筋采用双层双向．裙楼大开洞周圈楼板、核心筒连接区域采用150mm厚，配筋双层双向，塔楼部分角部楼板采用120mm厚，配筋双层双向．针对楼板大开洞周圈框架梁配筋进行加强;k．1号塔楼核心筒外墙设置双连梁且在±0．000至裙楼以上两层范围内每层设置一道配筋加强带(暗梁)，按不少于上下各420配置，底部加强区部位(水平筋，竖向筋，J箍筋)比计算提高10%设计，提高剪力墙的延性;l．加大1号塔楼裙楼以上各层周圈框架梁的截面，以减小其扭转效应。

5结语

根据以上分析陈述，本项目存在高度超限、扭转不规则、细腰、刚度突变、穿层柱等情况。但通过结构布置的优化、薄弱部位及重要构件的加强、以性能目标为基准的构件截面设计、对钢筋配置等构造措施加强后，可满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准抗震设计要求。

参考文献:

［1］JGJ3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．

［2］GB50011—2010，建筑抗震设计规范［S］．

［3］GB50010—2010，混凝土结构设计规范［S］．

作者：李璐 单位：太原理工大学建筑设计研究院