第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 某综合楼超限高层结构设计 甘尚琼，项兵 深圳市深大源建筑技术研究有限公司，深圳518060 提要：深圳某公建属体型很复余很不规则的超限高层结构，五层及五层以上均设有多重连体，连接体分别采用钢布架结 构和钢筋混凝土结构，针对超限高层建筑进行了结构弹性、弹塑性分析和针对一些不规则的专项分析、抗连续倒场分析.
分 析结果表明，选取的结构体系、结构性能满足抗震设防性能目标的要求.
关键词：复杂超限高层结构：多重连体钢布架结构：结构选型及优化：抗震性能设计：动力弹塑性时程分析 1工程概况 本工程位于深圳市龙岗区，是1栋9层的高层综合楼，结构高度为37.750米.
设1层地下室，为平、 战结合的人防地下室.
结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级二级，建筑抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度为6 度，本场地设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，拟建场地建筑场地类别为Ⅱ类，特征 周期为0.35s（规范值）.基本风压取值0.75kN/m²，地面粗糙度为C类.
2结构体系及特点 本工程结构体系为框架-剪力墙结构，嵌固层设于首层板面，采用钢筋混凝土梁板结构体系.
五层及五 层以上均设有连体，连接体采用钢桁架结构，连接体与两侧结构之间通过桁架弦杆与内型钢框架柱刚性连 接，连接体左右两侧各设置两福钢桁架作为主要的竖向承重体系，桁架高度占用两个楼层（即9.2m），分 布在五～七层，桁架跨度50m，通过交叉斜腹杆支撑及底部、中部、顶部三道水平布置的楼板，构成一个 刚度较大的“箱体”，保证了连接体自身的刚度及整体稳定性，同时加强了连接体楼板水平面内的抗弯、抗 剪和轴向刚度.
结构抗侧力体系：与大跨钢桁架连接体相连区域框架柱采用型钢混凝土柱，其余为钢筋混 凝土柱，型钢混凝土柱之间通过型钢混凝土梁相连，剪力墙为钢筋混凝土，普通框架采用钢筋混凝土梁.
抗震等级为：框架三级，剪力墙三级，连接体及与连接体相连区域的结构构件在连接体高度范围内及其上 层、以下层抗震等级二级.
结构三维模型及抗震等级分布图如下图1、图2表示.
根据结构平面布置及程序分析结果，本工程有（1）扭转不规则、（2）凹凸不规则、（3）多重连接 等超限项，据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本结构属于超限高层，须进行抗震设防专 项审查，目前已经通过了超限抗震设防专项审查.
甘商琼，女，1963年出生，高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3结构性能目标与实现 3.1结构性能目标 本工程的抗震设计在满足国家、地方规范外，将根据性能化抗震设计的概念进行设计.
本工程房屋高 度为A级高度，根据【建筑工程抗震性态设计通则】，并参考《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）， 进行抗震性能评估时，其性能目标可定为性能C.
性能目标C是指多遇地震下满足结构抗震性能水准1的要求，设防地震下满足性能水准3的要求，预估的 罕遇地震下满足性能水准4的要求.
图1结构三维模型及抗震等级分布图 图2抗震等级立面分布图 3.2多遇地震弹性分析 本工程采用YJK与Midas软件进行多遇地震的对比分析，并根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010)第5.1.13条规定，采用弹性时程分析法进行补充分析.
表1为两种软件的周期比较结果，经过周 期、层间位移角等参数的比较，可得出以下结论：采用不同力学模型的空间分析程序YJIK、Midas对结构进 行弹性分析，两者吻合较好.
表1计算周期 YJK Midas 周期（秒） 平动系数（XY） 扭转系数 周期（秒） 平动系数 TI 1.53 1.00(0.000.99) 0.01 1.55 97% T2 1.32 0.49(0.480.01) 0.51 1.34 48% T3 0.84 0.54(0.530.01) 0.46 0.87 52% T4 0.49 0.97(0.010.96) 0.03 0.57 1% T5 0.42 0.50(0.460.04) 0.50 0.52 97% T6 0.28 0.92(0.160.76) 800 0.47 87% T7 0.26 0.56(0.360.20) 0.44 0.44 63% 81 0.24 0.53(0.430.10) 0.47 0.40 67% T9 0.20 0.95(0.060.90) 0.05 0.34 36% 质量参 X 97.61% X 97.41% 与系数 Y 96.63% 96.64% 时程分析采用7条地震波（由安评提供），其中2条为场地人工波，另5条为安评天然波，按6度地震，Ⅱ1 2
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 类场地进行分析，部分分析结果见图3~6.
整体结果分析表明：轴压比、剪重比、层间位移角、倾覆验算、刚重比均满足规范要求，由于层间位 移角相对于规范限值仍有较大的富余度，楼层的扭转位移比的上限值可适当放松.
由于连体采用了刚度较 大的整层钢桁架，使连体楼层的抗剪承载力及抗侧刚度显著提高，因而在连体上下的过渡层抗剪承载力及 抗侧刚度产生突变，连体下层与连体首层的抗剪承载力比值为38%，连体下层与连体首层的刚度比为71%.
设计时通过在连接体所在楼层及下部楼层的竖向构件中加大柱截面、设置型钢柱等措施调整优化.
时婴平均值 人工液 A工2 - 受开退小量20% 天2 买讲请小具 天 **安语请小39% 20*69 东力0N) (80) 图3时程分析楼层剪力（X向） 图4时程分析楼层剪力（Y向） 10 一人工波1 天炸波1 人工波2 天然波2 天然1 天件波3 天然波2 天然波4 天然波3 天料波5 无然波4 人工波1 天然装5 人工波2 安评请小票 9′1 1/2000 星间位移角 1/10603/2000 1/500 /1 1/200 1/1000 层间位移角 3/2000 1/500 图5时程分析层间位移角曲线（X向） 图6时程分析层间位移角曲线（Y向） 由以上图表可知，每条时程曲线计算所得结构基底剪力均处于振型分解反应谱法的65%~135%之间，且 足规范和超限审查初步意见的各项要求.
本结构在地震作用下的时程计算结果与反应谱结果接近，根据新抗规的要求，采用七条地震波模拟时， 应采用时程计算结果的平均值与反应谱计算结果的较大值.
从主要计算结果中可以看出，CQC法的层间剪 力在结构中均大于地震波对应的平均层间剪力曲线，结构鞭梢效应不明显，因此采用CQC法进行结构设计 已满足规范要求.
3.3中震作用下结构及构件性能验算
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.3.1中震弹性验算 按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）6.2.6条，地震设计状况下钢筋混凝土框架柱剪力 设计应符合下列规定： 剪跨比大于2时：V≤（0.20β.fbh）/7x 剪跨比不大于2时：V≤(0.15β.fbh)/Y 口按照《钢骨混凝土结构技术规程》（YB9082-2006）6.3.11条，地震设计状况下钢骨混凝土框架柱和剪 力设计应符合下列规定： 有地震作用时：V<（0.36βfbb. )/7kE 口根据结构布置特点综合考虑，选取典型框架柱进行验算，选取的框架柱编号如图7所示，图8仅列出代 表性的框架柱（KZ5）的抗剪弹性截面验算结果. 根据验算结果可知，在设防烈度地震作用下，本结构的框 架柱满足抗剪截面要求. 27 1800 1600 27 1400 KZ5. K26 2726 13200 10 800 $00 400 200 0 中基本台VY 中菜基本组台V抗务益西要求 图7框架柱编号 图8框架柱KZ5抗剪弹性截面验算 3.3.2中震不屈服验算 中震不屈服分析计算通过修改多遇地震设计方法实现. 导入多遇地震的计算模型，最大地震影响系数 按设防烈度调整为0.12，不计风荷载效应，荷载与材料均采用标准值，不计作用分项系数、材料分项系数、 承载力抗震调整系数，取消组合内力调整，在YJK基本信息输入中调整相关信息，中震不屈服分析结果根 据设定的性能目标，在中震作用下，对剪力墙进行抗弯不屈服验算. 对于剪力墙、框架柱、大跨钢桁架（桁架弦杆截面采用矩形钢管800x400x32x32，腹杆截面采用矩形钢 管650x400x32x32），为了准确计算，采用以平截面假定，用纤维单元模型的XTRACT程序进行截面承载力 计算. 对于XTRACT软件，说明如下：程序采用平截面假定，用纤维单元模型进行计算，算法如GB50010-2010 附录E所述，设定截面形状和钢筋/钢材后，可以计算出任意截面的正截面承载力：计算所采用的材料应力- 应变曲线按规范规定处理：采用材料强度标准值. 提取中震作用下各构件的标准组合内力与XTRACT计算所得抗弯承载力进行验算，图9~11为部分验算 结果. 从验算结果可以看出，设防烈度地震作用下，本结构的剪力墙、框架柱均未屈服，满足抗弯不屈服 的性能目标. 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 13 10ds 10 Monet Ma] 1080 La-ox (3(41 M(Nn) 1[-4) mentMin] e 图9Q1抗弯验算 图10KZ7抗弯验算 图11钢骨梁抗弯验算 通过中震作用下结构分析，可以得到以下结论：中震作用下，剪力墙及框架柱按照小震分析结果进行 配筋能满足中震抗剪弹性及抗弯不屈服的性能目标. 中震作用下，大跨钢桁架均未屈服，满足中震不屈服 的性能目标. 3.4罕遇地震作用下非线性地震反应分析与抗震性能评价 本工程利用软件MIDAS Building验算结构在罕遇地震作用下的结构抗震性能，考察其是否能够满足结 构抗震性能目标. 为达到在罕遇地震作用下防倒場的抗震设计目标，本设计采用以抗震性能为基准的设计 思想和以位移为基准的抗震设计方法. 基于性能化的抗震设计方法是使抗震设计从宏观定性的目标向具体 量化的多重目标过渡，强调实施性能目标的深入分析和论证，具体来说就是通过复杂的非线性分析软件对 结构进行分析，通过对各结构构件进行充分的研究以及对结构的整体性能的研究，得到结构系统在地震下 的反应，以证明结构可以达到预定的性能目标. 结构丧失稳定以致倒场一般是由于重力作用在有过大侧向变形后结构的几何状态所引起的，这种效应 被广泛称作“P-△”效应. 因此，达到防倒塌设计目标的中心思想是限制结构的最大总弹塑性变形在规定的 限值以内. 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010)，取弹塑性最大层间位移角限值为1/100. 本 工程采用适合钢筋混凝土结构动力弹塑性分析的混凝土损伤模型，对梁、柱、支撑采用塑性铰模型，对剪 力墙采用纤维模型. 分析采用安评报告提供的一条地面设计谱人工波加速度时程记录、两组地面设计谱加速度时程记 录（天然波），阻尼比为5%进行罕遇地震作用下弹塑性时程分析，表2为顶点位移、基底剪力的汇总， 图12中代表性地列出了钢筋混凝土框架梁弯矩较Ry塑性发展过程. 表2顶点位移、基底剪力汇总 地震记录 X向最大基倾 Y向最大基底倾 X向最大基底剪力 Y向最大基底剪力 覆力矩（kN*m） 覆力矩（kNm） （kN）及剪重比 （kN）及剪重比 人工波 597953 417523 22032.15 16037.61 剪重比6.19% 剪重比5.45% 天然波1 566681 381609 18907.87 16648.47 剪重比6.00% 剪重比5.46% 天然波2 569660 384419 18340.89 16683.18 剪重比7.21% 剪重比5.25% 19760.30 16456.42 平均值 578098 394517 剪重比6.47% 剪重比5%
