基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用研究

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2018/7/25来源:《建筑学研究前沿》2018年第7期文/晏会征
[导读]超限高层结构随着经济建设的发展不断增多,不仅提供了舒适的生活环境

晏会征
河南省交通规划设计研究院股份有限公司  河南郑州  450052
               摘要:超限高层结构随着经济建设的发展不断增多,不仅提供了舒适的生活环境,节约了土地资源,也带来了结构抗震的诸多研究课题。关于超限高层建筑工程抗震设防的研究,在我国已经拥有了较为完善的管理体系,而且新的抗震设计思想也层出不穷。本文主要结合超限高层建筑结构实际案例,提出抗震设计思想的改进方法,力图为工程建设中的抗震设计提供有针对性的建议,为今后的超限高层建筑的实际工程建设提供参考资料。
关键词:超限高层建筑;结构设计;方法
               引言
               改革开放以来,随着我国经济快速增长和人口城市化的飞速扩张,建筑业也蓬勃发展,超限高层建筑在全国各地广泛崛起。超限高层建筑体量大、体型复杂,如何评估和保证超限高层建筑在地震作用下的安全性能尤为重要。本文结合工程实例,总结超限高层建筑结构设计方法,为此类项目设计提供参考。
               1、工程概况
               某超高层建筑(见图 1),占地面积 11 346 m2。分为地下5 层和地上 48 层,采用框架剪力墙结构。该建筑所处地段频临江边,地理位置优越,沿江部分采用斜向45°的剪力墙作为转换层的正交布置。标准层和转换层的平面布置严格按照高层建筑混凝土结构的技术要求施工。该设计理念使结构的布置不规范,转换层的结构包含了主次梁的转换,整个工程属于较为复杂的超限高层的建筑,具有竖向凹凸不规则、楼板局部不均匀、竖向不连续等超限问题。

图1 超限高层建筑结构平面示意图
               2、结构体系
               2.1、结构体系
               塔楼共16层,高宽比1.28,长宽比1.00,呈正方形,平面尺寸57.4mX57.4m。3层楼面设置转换层,3层以上密柱间距为5.25m,采用型钢混凝土柱和型钢混凝土梁进行转换,型钢混凝土柱间距为10.5m。塔楼北侧外框柱和核心筒间距较大,设置一排型钢混凝土内柱。除东南角13~14轴线之间一段内墙在首层进行转换外,核心筒剪力墙从上至下基本连续。外框柱和核心筒间距约为13米。结构抗震等级:筒体一级,型钢混凝土框架二级(其中转换层框架一级),钢框架三级。
               2.2、基础选型
               根据地勘报告,结合场地情况,经与建设单位、勘察公司充分讨论、协商,考虑结构受力、经济指标、工期、施工难易程度、现场管理等多方面因素,确定采用桩筏基础,以中风化层为持力层;裙房以抗拔为主,持力层为强风化层。底板采用600mm厚防水板,由于底板下土质比较好,底板层荷载考虑由底板。
               3、结构计算与分析
               3.1、结构计算假定
               本工程嵌固端取地下室顶板(地下一层剪切刚度/地上一层剪切刚度分别为X向4.0,Y向2.81,均大于2);地震力计算采用CQC法;振型数≥21,并满足有效质量参与系数大于95%;采用全楼刚性假定进行整体分析;地震计算中考虑结构的扭转藕联及5%的偶然偏心;周期折减系数取0.90;风荷载体型系数取1.3;混合结构在多遇地震下的阻尼比取0.04。
               3.2、抗震性能目标
               本工程属于抗震超限高层建筑,采用基于性能的抗震设计方法。按照抗规,结构采用三水准进行抗震设防,即小震不坏、中震可修、大震不倒。采用振型分解反应谱法时,比较分别采用安评报告反应谱与抗规反应谱的计算结果,取较大值进行抗震设计。根据高规的有关规定,本工程结构抗震性能目标设定为C级,结构构件在不同烈度下的性能目标。
               3.2.1、中震不屈服验算
               条件中震不屈服分析通过修改多遇地震设计方法实现。中震不屈服计算时考虑的主要因素:1)不考虑风荷载组合;2)最大地震影响系数按设防烈度调整为0.23,不考虑与抗震等级有关的增大系数及其他内力增大系数,荷载作用分项系数取1.0,材料强度取标准值;3)连梁折减系数改为0.5;4)周期折减系数采用0.9;5)阻尼比取0.05。框架柱、框架梁、连梁、转换层楼板进行中震不屈服计算,非底部加强区剪力墙进行中震抗弯不屈服计算。
               3.3、主要结构构件抗震性能分析和比较
               除了转换层和薄弱层楼板,作者还对框支柱、转换梁、底部加强区剪力墙、基础和地基等在不同地震作用下的内力分别进行了计算分析,其结果见表1。
表1 结构构件分析比较结果

               分析结果表明,所有构件均满足规范要求和设定的性能目标。可以认为结构构件在各种地震作用下都能达到表2所给出的性能目标。
表2 本工程在不同水平地震作用下的预期性能指标

               结束语
               本工程属于结构超限项目,由于采用了外围密柱框架+核心筒的结构体系,并对型钢混凝土转换框架采用中震弹性的性能化设计,对其中最关键的转换层做了加强,各项性能指标均符合国家规范要求,整体结构具有良好的抗震性能。上述分析表明,本工程能充分满足竖向荷载、地震、风荷载作用下的受力要求,结构安全可靠。
               参考文献
               [1] 邱剑,李会军,余宏,廖根.某50.4m跨门形超限高层建筑结构设计[J].建筑结构,2018,48(03):14-18.