浅谈150m左右高层住宅结构方案分析

1、浅谈150m左右高层住宅结构方案分析 摘要中海金沙里项目采用疏墙布置方案，结构抗侧刚度要求较高，需尽量利用建筑条件设置较大尺度的联肢剪力墙；同时为保证合理的抗扭刚度，沿建筑周边布置的墙肢和由翼缘或端柱形成的框架也是不可缺少的。本文针对该结构体系进行了抗震性能设计，通过静力弹性分析、静力弹性时程分析及大震静力弹塑性推覆分析验证了该方案的可行性。 关键字 超高层 弹性时程分析 推覆分析 经济性 1工程概况 本项目位于佛山市南海区里水镇。总用地面积约6.7万m2。总建筑面积约32.6万m2，其中地上建筑面积25.6万m2，地下建筑面积约7万m2。该项目由10#塔楼组成，其中5#0.00以上高度分别为

2、142.9m，因高度为b级高度需进行超限分析；5#楼地下2层，地上48层、两向高宽比分别为3.78、3.70、首层为架空层，局部设一层商业，层高6.6m，2层以上住宅层高2.9m。地下室为机动车车库和设备用房，负二层局部为人防区，核6级常6级。建筑效果图、立面图、总平面图和典型建筑平面图分别详见图12。 该项目设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.1g，建筑场地类别为二类，设防地震分组为第一组，特征周期为0.35s，抗震设防类别为丙类。 2结构方案及平面布置 由于结构高度达143m且采用疏墙布置方案，结构抗侧刚度要求较高，需尽量利用建筑条件设置较大尺度的

3、联肢剪力墙；同时为保证合理的抗扭刚度，沿建筑周边布置的墙肢和由翼缘或端柱形成的框架也是不可缺少的，如图3所示。具体分析如下： （1） 抗侧刚度体系：利用连梁与剪力墙墙肢平面内、翼缘和端柱的刚性连接有效传递水平剪力，将各片分散的剪力墙联系成为一整体受力的联肢墙，其尺度可达到建筑平面体量的全宽或大半宽度，成为贡献结构抗侧刚度的主干骨架，可以较少的剪力墙数达到相应的抗侧刚度。 （2） 抗扭刚度体系：建筑物周边离扭转中心最远，因此布置抗侧构件对抗扭刚度的贡献最大，在不影响建筑功能及立面的前提下，尽可能布置墙肢或翼缘或端柱并用尽可能高的梁进行刚性连接，从而形成尽可能刚的抗扭体系，以满足规范对结构抗扭刚度

4、方面的要求。 （3） 竖向承载体系：竖向荷载通过梁板等水平楼盖构件传递至剪力墙竖向构件，上述（1）（2）的抗侧力剪力墙同时也是承受竖向荷载的构件，除此以外其余剪力墙则以承受竖向荷载为主，主要起到方便梁系搭设和减小跨度的作用，并按自身刚度分担部分水平荷载。 3 结构超限情况及应对措施 项目的建筑高度为143m，为b级高度、平面凹凸不规则、楼板大开洞等2.5项一般不规则，综合评价为b级高度不属于体型特别不规则的建筑，针对上述超限情况，采取了如下措施： 分别采用satwe和盈建科yjk建筑结构设计软件两个不同力学模型的空间结构分析程序进行对比计算，判断结构计算模型的合理性。取规范反应谱和安评反应谱两

5、者的不利值作为小震计算分析的参数。选取地震安全性评价报告所提供的2组场地人工地震波和5组实际地震记录波对结构作小震作用下的弹性时程分析，取其平均值与cqc法两者间的大者用于构件设计。按照广东省高规采用抗震性能设计，通过对结构进行小震、中震和大震作用下的计算分析，保证结构能达到性能c的抗震性能目标。罕遇地震作用下，采用pkpm的pushover软件进行静力弹塑性分析，验证结构能否满足大震阶段的抗震性能目标，并寻找薄弱楼层与薄弱构件，对薄弱部位制定相应的加强措施。 根据结构强度提高延性可相应降低的原理，按照广东省高规第3.11.3条，当结构抗震性能目标定为c，即预估罕遇地震对应第4水准时，结构的抗

6、震等级不宜低于二级。本工程底部加强部位及非加强部位剪力墙取一级。根据性能分析的结果，适当加强部分剪力墙的构造配筋。基于性能的结构抗震设计思路，对结构进行性能设计，各结构构件的性能目标详表1. 4 小震弹性计算 采用中国建筑科学研究院编制的satwe软件进行弹性整体计算分析；并用盈建科yjk建筑结构设计软件进行校核对比分析。计算模型的基本假定及主要输入参数见表2。主要计算结果详见表3。 两个软件的计算结果基本接近，表明计算模型是基本准确的，计算结果是合理、有效的，可以作为设计依据。基底剪重比按照广东省高规的方法调整放大，结构层间位移角满足要求，扭转位移比未超过1.35属于类扭转不规则，楼层侧向刚

7、度比、楼层受剪承载力比满足要求，刚重比大于1.4，小大于2.7，需考虑重力二阶效应。 根据高层建筑混凝土结构技术规程本工程需采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算，主要对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移角进行比较，当时程分析结果大于振型分解反应谱法分析结果时，相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。 时程作用下的结构底部剪力与规范反应谱作用下的底部剪力对比见表4，可见每条波的底部剪力均不小于反应谱法的65%且不大于135%，7条波的底部剪力平均值不小于反应谱法的80%且不大于120%，满足省高规的要求。由层剪力曲线及层间位移角曲线对比可知，各栋在地震波时程分析中除少数楼层外平均值均小于c

8、qc法。 以上考虑小震组合的弹性计算分析结果表明，本工程的各项整体计算指标、和各构件的强度及变形等均能满足规范要求， 5 大震弹塑性分析 本工程高度为143m小于150m，需要进行静力弹塑性分析。本项目采用epda软件进行静力弹塑性推覆分析，对结构整体进行性能评估，考察结构的最大弹塑性层间位移角是否满足所设定的目标要求。主要是为了发现结构在强震下的潜在破坏机制，找出相应的薄弱环节，从而可对薄弱环节进行相应加强，使整体结构达到预定的性能目标。pushover分析所得的需求能力谱曲线见图5。 pushover分析主要整体指标详见表6，可见最大弹塑性层间位移角满足小于1/120的预设目标。因此罕遇地震作用下结构的弹塑性层间位移角能满足设定要求。 6结论 结合实际情况，本项目采用疏墙布置方案，需尽量利用建筑条件设置较大尺度的联肢剪力墙以保证结构抗侧刚度要求；为保证合理的抗扭刚度，沿建筑周边布置的墙肢和由翼缘或端柱形成的框架，经过小震弹性静力分析、弹性时程分析以及大震静力弹塑性分析表明该方案可以满足结构的各项性能目标要求。同时取得了较好的经济性效果： 本项目最终通过了抗震超限专家审查及施工图审查，经济指标也满足业主方的