荔港南湾超高结构设计论文

荔港南湾超高结构设计论文【摘要】在小震作用下本结构的周期比、侧向刚度、规则性及位移比等指标满足现行规范的有关要求，能达到“小震完好”的性能目标；中震作用下能实现“重要和一般构件不屈服，仅耗能连梁少量屈服”抗震的性能目标；大震作用下能实现“不严重破坏” 的抗震性能目标，因此可以期望本工程的结构体系在遭遇地震作用时，结构整体能达到性能C的抗震设防目标。

1 工程概况本项目地块位于广州市荔湾区南岸路以西、荔港南湾（南区）地块。

13、14栋位于地块的中部，西侧为临江规划路，东侧为规划路，北侧为110kV荔港南湾变电站，南侧为小区内住宅用地。

13、14栋总建筑面积126210平方米，其中计算容积率建筑面积92907平方米，地上部分建筑面积94567平方米，地下部分建筑面积31644平方米。

本期工程共包括13、14栋共2栋52层高层纯住宅，设2层地下车库，建筑总高度均为187.50米，局部布置1层公建配套，小区内首层设绿化架空层及住户大堂，高宽比分别为7.9、6.52。

2 结构布置和选型本工程13、14栋根据标准层为高档住宅的特点，考虑采用部分框支剪力墙结构体系。

剪力墙作双向布置，单体中部设置核心筒。

为了不影响首层的架空层及地下室车道，把部分的剪力墙在地面以上第1结构层顶部进行转换，核心筒直接落地。

3 超限情况2栋建筑的结构特点主要表现在：a）采用框支剪力墙结构，结构高度超过了《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）要求的B 级高度；b）竖向构件不连续，部分的剪力墙在地面以上第1结构层顶部进行转换。

4 针对超限情况进行的分析验算和采取的加强措施1）分别采用SATWE和广厦两个不同的力学模型的空间结构分析程序计算，对2种程序的计算结果加以判断，然后用于构件设计。

2）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将结构构件设计。

3）采用PKPM软件按安评报告输入的地震反应谱曲线计算所得的地震作用基底剪力与按规范的地震反应谱曲线计算所得的数值比较，结果表明：在小震作用下，安评报告均大于规范值，因此在进行小震弹性计算时按安评报告参数计算。

4）适量加强落地剪力墙和框支框架的配筋。

5）采用抗震性能化设计，根据实际需要，针对整个结构、结构的局部部位或关键部位、结构的关键部件、重要构件、次要构件采取不同的性能目标。

中震不屈服验算和大震静力弹塑性分析均采用PKPM 系列软件进行了计算。

6）在设防烈度下，对于出现整体受拉的剪力墙肢，采用在墙肢内部增加型钢或钢筋的方法，计算时，用型钢或钢筋抵抗所有拉力；在设防烈度下，对部分受剪较大的转换梁或连梁采用配置抗剪钢板的措施。

5 超限分析主要的荷载作用5.1地震作用根据现行规范以及广东省地震工程勘测中心的《广州荔港南湾第四组团：荔港南湾（南区）二期12～14栋工程场地地震安全性评价报告》，本工程结构进行地震作用分析时，采用的相关参数如下：设防烈度7度，地震加速度0.1g，设防类别丙类，场地类别II类。

5.2 安评报告的地震反应谱曲线与抗震规范的相应比较《广州荔港南湾第四组团：荔港南湾（南区）二期12～14栋工程场地地震安全性评价报告》提供的场地地面设计地震动参数与抗震规范的相应参数进行比较，从中能判断出在6秒内安评报告的曲线能包络规范的反应谱曲线。

为进一步的分析比较，使用pkpm软件，直接输入地震反应谱，将按安评报告输入的地震反应谱曲线计算所得的地震作用基底剪力与按规范的地震反应谱曲线计算所得的数值进行比较，结果表明，小震作用下，按规范反应谱计算的基底剪力比按安评报告的地震反应谱曲线计算的基底剪力小，因此小震作用按照安评报告的地震反应谱曲线进行计算。

中震、大震的地震动参数根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定按规范提供的数值取用。

5.3 风荷载在计算风荷作用下结构水平位移时，基本风压值Wo=0.50kN/m2（n=50年），在计算风荷作用下结构构件强度时，基本风压值Wo=0.55kN/m2（1.1倍），地面粗糙度C类，建筑体形系数μs=1.40。

计算舒适度时，基本风压取10年一遇的风荷载标准值，Wo=0.30kN/m2。

6抗震性能化设计根据本工程抗震设防的类别、设防烈度、结构类型、超限情况及不规则性，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.11节的有关内容，设定本结构的抗震性能目标为性能C。

其中层间位移角的限值参照《抗规》的有关规定选用。

不同地震水准下的计算分析：1）小震：目标为第1性能水准，采用SATWE程序按规范的方法进行计算和设计，其结果满足现行规范标准的有关规定，则能保证结构在多遇地震作用下“完好、无损坏”的性能目标。

2）中震：目标设为第3性能水准，采用SATWE程序进行模似分析，不考虑与抗震等级相关的放大系数。

3）大震：目标为第4性能水准，采用PKPM进行静力弹塑性分析（Pushover），不考虑与抗震等级有关的增大系数。

6.1小震及风作用下的弹性分析6.1.1 计算软件本工程采用SATWE对主体结构进行小震及风作用下的弹性整体计算分析，并用广厦软件进行校核对比分析。

6.1.2 基本假定及主要参数取值1）考虑了平扭耦联计算结构的扭转效应。

控制振型数使振型参与质量不小于总质量的95%。

2）计算层间位移、层侧向刚度比和位移比时，采用刚性楼板的假定。

3）主要参数取值如下：考虑偶然偏心；周期折减系数取0.90；中梁刚度增大系数取2.0，连梁刚度折减系数0.8。

6.1.3 小震弹性分析结果6.1.4 小震弹性动力时程分析的结果根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的要求，采用时程分析方法进行多遇地震补充验算，按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于5组实际地震记录和2组人工模拟的加速度时程曲线。

弹性动力时程分析时分别采用地震安评报告中所提供的2条多遇地震人工波（user6、user7）以及5条Ⅱ类场地的实际记录地震波（user1、user3、user11、user12、user13），选取7条波的特征周期为0.35s，7条波平均的底部剪力不小于振型分解反应谱法的结果80%，每条地震波的底部剪力不小于反应谱法的结果65%。

分析的结果表明，在多遇地震作用下，在下部大部分楼层CQC法的结果大于7条波时程分析结果的平均值，在进行施工图设计时，按CQC法的计算结果进行配筋设计；在上部局部楼层，CQC法的结果略小于7条波时程分析结果的平均值，在进行施工图设计时，对上部局部楼层采取放大地震作用力系数的方法进行构件设计。

6.1.5 顶点顺风和横风最大加速度验算本工程结构高度为187.5m（>150m），根据《高层建筑混凝土结构技术规程》及《高层民用建筑钢结构技术规程》计算本工程顶点顺风和横风最大加速度（表16）。

迎风面分别按X、Y方向计算，取最不利计算风方向角与Y轴夹角为零度。

由验算可知，本工程顶点顺风向和横风最大加速度为0.135m/s2 ，均小于0.15m/s2，符合《高层建筑混凝土结构技术规程》3.7.6的要求，满足舒适度要求。

6.1.6 小震及风作用下的弹性分析结果小结以上考虑小震组合的弹性计算分析结果表明，本工程各项整体指标均能满足相关规范的有关要求或未超出规范规定的最大限值；墙柱的轴压比和各构件的强度及变形也均能满足规范的要求，能达到小震作用下“完好无损坏、变形小于弹性位移限值”的第一阶段的抗震性能目标。

6.2 中震分析中震验算时，按规范反应谱曲线输入计算模型，连梁刚度折减系数取0.5，结构阻尼比取0.05中震验算结果表明，标准层除部分连梁出现受弯屈服耗能外，其它竖向构件及主要框架梁承载力按标准值复核均满足要求。

故本工程能达到转换构件剪力墙加强部位、标准层竖向构件及主要框架梁仅轻微损坏，除部分较短连梁出现受弯屈服、受剪不屈服外，大部分抗震构件均能达到不屈服的抗震性能目标。

中震作用下的最大层间位移角为1/314，表明各塔楼变形小于3倍弹性位移限值，整体结构变形满足抗震性能目标要求；6.3 罕遇地震作用下静力弹塑性（Pushover）分析及结构抗震性能评价对结构进行罕遇地震作用下的静力弹塑性（Pushover）分析，是在基于性能的抗震设计方法中，以量化的计算结果来评价结构在大震作用下是否满足“中度损坏，变形不大于0.9倍塑性变形限值”的抗震性能目标的具体实现手段之一。

6.3.1 使用的程序和计算模型本工程采用PKPM的Pushover进行推覆分析。

6.3.2 PKPM的Pushover分析1）计算假定本工程为简化模型，节省计算时间，模型中采用了刚性楼板假定，这一模型已能满足计算精度要求。

2）加载顺序竖向与水平荷载分三步施加于结构上，如下所述：第一步：施加重力荷载，荷载取值为重力荷载代表值；第二步：维护第一步所施加的重力荷载不变。

水平作用力值从零开始逐步增加，每次增加一个小的增量。

随着非线性静力分析的进行，监视屋顶在水平作用力方向的水平位移。

当屋顶水平位移超过预见的水平水移值时（本工程取值大震位移），非线性静力分析在人工干预下结束。

3） Pushover分析结果结构的安全评估将从结构整体性能和构件塑性变形程度两个方面来考察。

整体性能的情况通过弹塑性层间位移角、剪重比、结构顶部位移、底部剪力、结构塑性发展的过程及塑性发展的区域来评估。

构件则通过构件的塑性发展程度来评估。

性能控制点处结构的内力和变形数据见下表，这里仅列出13栋的分析结果。

据上推断，在罕遇地震作用下，结构的抗震性能满足“中度损坏，变形不大于0.9倍塑性变形限值”的抗震设计目标；框架梁个别出现受弯破坏，受剪不破坏，连梁部分出现受弯破坏，受剪不破坏，剪力墙个别出现底部受弯破坏，受剪不破坏。

7 结论分析结果表明：在小震作用下本结构的周期比、侧向刚度、规则性及位移比等指标满足现行规范的有关要求，能达到“小震完好”的性能目标；中震作用下能实现“重要和一般构件不屈服，仅耗能连梁少量屈服”抗震的性能目标；大震作用下能实现“不严重破坏” 的抗震性能目标，因此可以期望本工程的结构体系在遭遇地震作用时，结构整体能达到性能C的抗震设防目标。

参考文献[1]JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2011[2]傅学怡《实用高层建筑结构设计》北京：中国建筑工业出版社，2010。