摘要：由于建筑功能和城市规划的需要，加之建设用地紧张，近年来国内高层建筑的层数越来越多，高度不断增加，住宅建筑的高度也随之上升，本项目即为一例在建超高层住宅楼。根据本工程实例，介绍了超高层结构的性能设计、计算分析及抗震措施等设计流程，对同类工程结构设计具有一定的参考价值。
关键词：超限、框支框架、抗震措施
Abstract: due to the building function and the needs of the city planning, and construction land nervous, in recent years the domestic high-level building layer of more and more, highly increase constantly, and residential building height also then rise, this project is a tall building under construction for. According to the engineering example, the paper introduces the structure of the performance design, super-tall calculation analysis and aseismatic measures, such as design process of the similar engineering structure design to have the certain reference value.
Keywords: overrun, box a framework, seismic measures
中图分类号： U452.2+8 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
本项目基地位于深圳华侨城东部，临近OCT-LOFT创意产业园区及OCT当代艺术中心，周围均为高层居住及低层商业建筑。本工程地下设2层地下室。地上一层为商业及车库，二层为架空屋顶花园，三层设梁式转换结构，裙房平面尺寸约67x127m。裙房以上为2栋单体塔楼，标准层层高3.0m，塔楼分南北两塔：南塔楼长26m，宽25m，高约120m，为B级高度建筑；北塔楼长66.4米，宽26米，高约150米，为超B级高度建筑。根据建筑形式、使用功能和结构受力要求，采用部分框支剪力墙结构。通过转换，给予裙房较大空间，满足商业建筑使用功能。
本工程设计基准期为50年，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级。结构基本风压取100年一遇的w0=0.90kN/ m2，进行承载力分析；重现期为50年时w0=0.75kN/ m2，进行结构刚度分析；重现期为10年时w0=0.45kN/ m2，进行正常使用状态下的舒适性分析。地面粗糙度C类。
2 结构体系
南塔楼及北塔楼结构均沿中线左右对称。南楼电梯间形成筒体，位于标准层结构的正中心；北楼体量较大，在左右各设置一个电梯间筒体。其余部位剪力墙在X及Y方向均形成完整的抗侧力体系。电梯间筒体及四周、角部剪力墙直接落地，中间部分剪力墙在三层通过转换梁直接支承于框支墙柱。框支层及以上楼盖采用钢筋混凝土梁板式结构。结构布置图见图1，2，3。
南楼转换层以下剪力墙最大厚度为400，标准层以上分别为300~200；北楼转换层以下剪力墙最大厚度为500，标准层以上分别为450~200。竖向构件的混凝土等级由框支层的C60向上逐渐降低至C30。竖向构件抗震等级：负二层抗震等级为二级；负一层~二层框支框架为特一级，落地墙及连梁为一级；转换层以上构件为一级。
3 结构分析
本工程根据建质[2010]109 号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对规范涉及结构不规则性的条文进行了检查。本工程有多项超限。
1） 塔楼结构高度超限检查：
本工程属于框支剪力墙结构，南北两塔高度均超过100米，属于超限结构。
2） 塔楼结构一般规则性超限检查：
A．扭转不规则：根据satwe模型分析，考虑偶然偏心地震作用时，楼层最大位移比Y方向最大位移与层平均位移的比值: 南楼Y方向为1.34(第3层第1塔)及北楼Y方向为1.27(第3层第1塔)，均介于1.2~1.4区间，属扭转不规则结构；
B. 凹凸不规则（北楼）：根据结构平面显示，属于“平面凹凸尺寸大于相应边长的30%”的范围；
C.楼板不连续（南楼）：电梯间区域开洞较大，多数楼层有效宽度小于50%；
D.尺寸突变、多塔：有南、北两个塔楼，在二层楼面连为整体，属于多塔结构；
E. 构件间断：本工程南北两塔均为三层楼面进行转换。
4 抗震性能目标及规范要求
本工程多项超限，故将辅以基于性能的设计方法来评价结构在偶遇地震和罕遇地震下的性能。1）性能目标的设定。综合考虑超高程度和不规则程度,本工程选用性能目标C作为结构抗震设防的性能目标。即:小震下满足性能水准1的要求，中震满足性能水准2的要求，大震下满足性能水准3的要求。2)构件延性控制。本工程重要构件满足中震弹性要求，其弹性剪应力水平皆控制在0.2fck以内。
5 结构计算分析结果
1)在弹性阶段，使用SATWE，MIDAS两个不同力学模型的三维空间分析程序对结构体系进行常遇地震下的静力计算分析，互相校核计算结果，确保总体计算结果吻合，确保局部构件的分析判断一致；并对结构进行弹性动力时程分析，求得结构的周期比、位移比、位移角、抗侧刚度等总体指标满足相关规范要求。
使用SATWE软件进行的弹性时程分析结果显示：七条波（5条天然波+2条人工波）基底剪力的平均值小于规范反应谱的相应值，说明规范反应谱的计算结果是偏于安全的。
2)弹塑性阶段，分析模型采用CSI公司的Perform-3D三维结构非线性分析与性能评估软件完成。Perform-3D在结构弹塑性分析中可以直接利用纤维模型对剪力墙进行模拟，提高结构分析的准确性。采用Perform-3D建立三维弹塑性分析模型，对结构进行弹塑性时程分析，得到该结构在相当于设防标准的大震作用下的反应，依据性能设计的要求判断该结构的抗震性能水准，论证该结构是否满足“大震不倒”。
根据场地分类和安评报告,选择ELcentro波和人工波。对结构输入峰值加速度为220gal的地震波，进行双向地震作用的计算，结构竖立不倒，反应历程中最大层间位移角小于1/120，满足规范要求；框支墙柱、框支梁在大震下未出现塑性铰或钢筋不发生屈服；标准层较多框架梁和连梁在大震下发生屈服，变形水平为IO（立即使用）或LS（生命安全），未达到CP点（防止倒塌），满足抗震性能目标。以上结果表明，结构布置合理，能够满足“大震不倒”的设防目标和本工程罕遇地震作用下的抗震性能目标。
3)采用MIDAS 软件对楼板的应力分析，结果表明，地震作用下楼板的面内剪应力较小，楼板的剪力满足承载力验算条件。
6 超限设计的抗震加强措施及对策
1)分别采用PKPM系列的SATWE、PMSAP结构空间分析程序和MIDAS空间分析软件程序进行对比校核计算，计算时采用“安评报告”提供的地震动参数。
2)通过几种程序分析,本工程薄弱层极有可能出现在转换层及其上一层,故设计时着重加强这两层的抗震构造,主要采用以下几点:a.采用“框支框架+落地剪力墙和筒体”的结构体系,框支框架的抗震等级提高至特一级；b.针对结构薄弱部位采取比规范更严格的配筋构造，提高框支柱以及底部加强部位剪力墙约束边缘构件纵向钢筋最小配筋率，提高底部楼层剪力墙竖向、水平分布筋配筋率。通过这些措施以提高其承载力和抗震安全性，提高结构在罕遇地震作用下的抗震性能。
3)由于本工程高度超限及体型不规则超限，为保证结构的安全，本次设计中提高了重要结构构件的安全度水平，对于框支墙柱、框支梁按中震弹性设计；底部加强部位剪力墙按中震抗剪弹性、抗弯不屈服设计；非底部加强部位剪力墙墙肢不屈服设计。标准层部分连梁、框架梁出现轻微弯曲屈服，满足“中震可修”的抗震设防目标和本工程的抗震性能目标要求。
4）针对本工程存在多塔的情况，依据高规JGJ3-2010 有关多塔的规定，构件均取单塔及多塔计算的不利值进行包络设计，二层楼面楼板加强，板厚度不小于150mm，配筋双层双向。
5）转换层的框支梁作为拉弯构件设计,设计中转换层楼板采用弹性膜模拟，以考虑转换梁中轴力的不利影响。转换层楼板采用双层双向配筋，每层每方向贯通钢筋配筋率不宜小于0.35%，且在楼板及孔洞边缘处结合边梁设置予以加强。转换梁之间通过较强次梁连接，加强其整体性。
6）验算按10年一遇的风荷载作用下结构顶点最大加速度ａmax，满足舒适度要求。
7）加强洞口周边及结构外围构件：加厚洞口周围楼板厚至150mm，采用双层双向配筋。北楼局部与电梯筒体的拉板加厚至200mm。
7 结束语
1) 为避免由于上下部结构形式的改变所引起的刚度改变及进而产生的震害不利因素，必须重视转换层结构及楼板刚度的重要性，上部结构的水平剪力只有通过具有足够刚度的转换层楼板，才能较好地传递给转换层。转换层及其上一层一般情况下皆为结构的薄弱层，最大位移角及最大内力突变都出现在这里，设计时应重点加强此部位，保证其具有足够的刚度和承载力。
2）连接多塔的楼层宜加强。
3)根据工程特点选定不同的性能目标设计。对于特定结构的重要部位如本工程的框支框架，按提高抗震等级及采取屈服判定的方式保证处于弹性状态；部分构件在地震作用下不屈服；部分选定构件屈服但可修。这也是保证结构在罕遇地震下实现“中震不坏、大震不倒”目标的重要措施。
参考文献:
[1]建质[2010]109号，超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点。
[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S]。
[3]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]。
[4]徐培福 傅学怡 等，复杂高层建筑结构设计[M]，中国建筑工业出版社。