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超限建筑结构设计方法
超限建筑结构设计是指在建筑设计中，由于某些原因，如建筑功能、造型等需要，使得建筑结构的某个或某些参数超过了规范的限制。
这种设计方法通常需要更加精细和复杂的计算分析，以确保建筑的安全性和稳定性。
对于超限高层建筑结构抗震设计，主要有两种思路：一是按照我国规范进行小震作用下的结构强度设计和薄弱层验算，同时提高结构构件的抗震等级并采取严格的构造要求；二是通过性能设计方法证明结构达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。
近年来，基于性能的抗震设计已经成为建筑结构抗震设计的一个重要发展方向，它使得抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡。
此外，设计单位在完成超限建筑结构设计后，应自行判断所设计的工程是否超限。
施工图审查单位应对工程是否超限进行审查判定。
当对具体工程超限界定有不同意见时，可以报请相关专家组织进行讨论裁定。
在实际应用中，超限建筑结构设计需要结合各种分析软件，如PKPM、SAUSG等，进行结构选型、经济性比对、抗震设计、专项分析和超限报告编制等模块的研究。
某超高层建筑结构超限设计摘要：本文结合某超高层建筑结构的超限设计实例，对其结构选型、弹性计算、弹性时程分析和静力弹塑性推覆计算等进行了分析，并提出超限处理措施。
关键词：超高层建筑结构设计超限设计1 工程概况及超限情况该工程总面积17.5万m2,由8栋塔楼组成,设2层地下室。
本文介绍两栋塔楼结构超限设计情况,供设计人员参考。
本工程地震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,建筑场地为Ⅱ类。
主体采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构,部分采用钢-混凝土组合结构。
墙柱混凝土强度等级为C60～C25,梁板为C35～C30。
除外墙采用190mm厚混凝土空心砌块作围护墙外,其余内隔墙均采用蒸压加气混凝土砌块。
本工程基本风压按100年重现期风压W0=0.6kNm2, 地面粗糙类别为C类,体型系数为1.4。
各楼层构件主要截面分别如下:地下1、2层底板厚度分别为150, 500mm,顶板厚180mm;楼板厚度为3层150mm,标准层120～150mm,屋面层150mm。
从下至上,柱截面由1200×600缩小至1000×500,剪力墙厚400～300mm;框架梁截面300×650～400×900,次梁为200×400～200×700。
按《高规》[3]4.2.2条规定,全落地剪力墙结构高度限值7度A级为120m,B级为150m,因此本工程结构高度超限是设计中需要解决的主要问题,且高宽比均超出B级高度建筑的高宽比限值为7.0,而两栋分别为7.10和7.12, 也已超出规范限值。
此外,一栋还存在Ⅰ类平面扭转不规则的超限情况。
2 结构选型与布置针对上述工程情况的特殊性,我们在结构选型和布置方面采取了以下措施:（1）在两栋之间设置防震缝,缝宽350mm,±0.000以上分开。
（2）本工程结构布置采用剪力墙结构体系,主要抗侧力构件为剪力墙,除围绕电梯间设置核心筒外,各栋在外围均通过设置剪力墙和连梁的围合结构形成多个闭合或半闭合筒体,以增强整体结构的抗侧刚度(如图1)图1标准层结构平面布置图⑶由于各栋房间均集中在平面的下方,而核心筒偏于平面的上方,因此布置剪力墙时适当减小了平面上方的剪力墙长度,使各栋塔楼刚度中心与质量中心均基本重合,同时避免了上下剪力墙压缩比相差过大而造成的结构前倾现象(如图1) 。
某超限高层住宅结构设计一、项目概况本项目位于城市中心繁华地段，总建筑面积约为_____平方米，地上_____层，地下_____层。
建筑高度为_____米，属于超限高层住宅。
该建筑主要功能为住宅，同时配备有商业、物业管理等附属设施。
二、结构选型1、结构体系综合考虑建筑的使用功能、高度、抗震设防要求等因素，本项目采用了钢筋混凝土剪力墙结构体系。
剪力墙作为主要的抗侧力构件，能够提供较大的侧向刚度，有效地抵抗水平地震作用和风荷载。
2、基础形式根据地质勘察报告，采用桩筏基础。
桩型选择为钻孔灌注桩，以确保基础具有足够的承载能力和稳定性。
三、计算分析1、地震作用分析按照现行的抗震设计规范，采用反应谱法进行地震作用分析。
考虑了多遇地震和罕遇地震两种工况，计算结构在地震作用下的内力和变形。
2、风荷载作用分析根据当地的气象资料，确定基本风压值。
采用风洞试验和数值模拟相结合的方法，分析结构在风荷载作用下的响应。
3、结构整体性能分析通过计算分析，评估结构的自振周期、振型、位移比、剪重比等整体性能指标，确保结构满足规范要求。
四、超限情况及应对措施1、高度超限本项目建筑高度超过了规范规定的限值。
为解决这一问题，采取了以下措施：提高剪力墙的抗震等级，增加剪力墙的配筋。
加强底部加强区的设计，增大墙厚和配筋率。
2、扭转不规则由于建筑平面布置的不规则性，导致结构存在扭转不规则的情况。
采取的措施包括：调整剪力墙的布置，使结构的质心和刚心尽量重合，减小扭转效应。
对周边构件进行加强，提高其抗扭能力。
3、楼板不连续在建筑的某些部位，楼板存在大开洞或局部缺失的情况，造成楼板不连续。
针对这一问题，采取了以下处理方法：对开洞周边的楼板进行加厚，并提高配筋率。
采用弹性楼板假定进行计算分析，准确考虑楼板变形对结构内力的影响。
五、构造加强措施1、剪力墙边缘构件按照规范要求，严格控制剪力墙边缘构件的配筋，确保其具有足够的延性和承载能力。
2、连梁设计合理设计连梁的截面尺寸和配筋，使其在地震作用下能够有效地耗能，同时保证连梁的承载能力。
浅谈超高层建筑结构的超限设计摘要：由于社会发展的需要，建筑物高度日渐增高，体型日渐复杂，结构设计的难度也越来越大。
本文通过一个工程实例，介绍一下超高层建筑结构超限设计的处理方法及思路，以供其他设计参考。
关键词：超高层建筑；结构设计；超限设计；一、前言随着城市化进程的加快，土地资源日益紧张，为了充分利用有限的土地资源，建筑物的层数及高度只能不断增加，越来越多的超高层建筑拔地而起，并且建筑为了兼顾美观及使用，往往体型也伴随着较多的不规则性。
对于超高层建筑结构设计，需针对超限情况采取对应的补充计算分析，并采取一定的加强措施，来保证建筑物的安全性。
二、工程实例1.工程概况本工程为超高层住宅小区，总建筑面积30.2万㎡，地上22.4万㎡，地下7.8万㎡。
由9栋塔楼组成，设2层地下室，塔楼高度为148.75m~158.95m，地下室高度为10.48m。
本文主要介绍其中1栋塔楼结构超限情况及处理方法。
本工程基本地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。
50年重现期的基本风压为Wo=0.5kN/㎡，承载力计算时按基本风压的1.1倍采用，地面粗糙度类别为C类。
塔楼主体采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系，隔墙采用蒸压加气混凝土砌块，塔楼外墙采用铝模砼墙。
墙混凝土强度等级为 C60～C30，梁板为C30；钢筋采用HRB400；嵌固端为基础面。
各楼层构件主要截面分别如下：地下室底板采用平板结构，塔楼底板1500mm，塔楼外底板厚度500mm；地下室顶板，塔楼范围外采用无梁楼盖体系，板厚400mm，塔楼范围内梁板结构，板厚160mm；塔楼标准层楼板厚度为 100～150mm。
剪力墙厚 450mm ~200mm；框架梁截面200mm×400mm～250mm×1595mm，次梁为200mm×300mm～200mm×605mm。
基础采用直径1.1m直径钻（冲）孔灌注桩，有效桩长约30~35m，单桩竖向承载力特征值12000kN，桩身混凝土强度C45，持力层为<4-4>微风化花岗岩层。
超限高层建筑结构设计重难点分析城市对建筑结构设计的要求逐渐提升，不仅要求实用与美观共存，更要满足城市人口不断增加对居住环境的要求。
因此，为满足居民与经济发展对建筑的要求，产生了超限高层建筑结构设计，不仅可以节约土地空间，更成为城市的靓丽风景线，满足城市化发展的需求。
标签：超限高层;建筑结构设计;重难点为满足城市化发展对建筑结构设计的需求，本文针对新时期超限高层建筑结构设计中的重难点进行主要分析，以促进城市超限高层建筑效率，满足城市人口的迫切需求，从而提高城市化发展进程。
1 超限高层建筑结构体系概述在高层建筑中，抗侧力结构体系的选择与组成成为高层建筑结构设计的首要考虑及决策重点。
当抗侧力体系决定后，水平构件体系的大格局便已确定，当然楼盖布置的细节也可再进一步进行推敲，因其其也有可能会反过来对抗侧力体系产生影响。
目前应用于高层建筑的主要结构体系主要有以下几种：1.1框架结构。
其基本组成构件为梁与柱，框架结构的优点是建筑平面布置较为灵活，结构受力简洁而清晰，施工也较为方便;且在抗震设计中，其延性较好，耗能能力也较强，因此，具有很好的抗震性能。
通常使用的柱网间为5-9m，而当采用预应力和钢骨混凝土的结构时，柱距大于等于15。
如果建筑物较高时，应该考虑建筑结构设计的主控因素（风荷载和地震作用），其缺点是抗侧刚度较弱，所以需要设计较大截面的梁、柱才能满足变形要求，这样会影响建筑的使用空间;另一个考虑对象是非结构构件的填充墙，其变形性能比框架差很远，且框架结构变形较大时，容易损坏。
1.2剪力墙结构。
其最大特点就是抗侧刚度大和承载力高。
一般而言，布置合理的剪力墙结构，会有较强的抗震和抗风能力。
在众多大地震中，剪力墙结构出现破坏的较少，表现出了其良好的抗震性能。
而其缺点则是自重大和刚性大以及延性差，并且对水平荷载也只能“硬碰硬”，所以剪力墙结构的周期较短，地震惯性力也较大。
剪力墙的间距一般较小，为3-8m，因此，其平面布置不够灵活，建筑空间受限制。
高宽比超限高层建筑结构设计丁张祥(南京总医院ꎬ江苏㊀南京２１００００)收稿日期:２０１８－０６－２２作者简介:丁张祥(１９８１－)ꎬ男ꎬ江苏海安人ꎬ助理工程师ꎬ研究方向:建筑工程管理ꎮ摘㊀要:随着近几年经济的快速发展以及随之而来的对土地的最大限度利用的需求提高ꎬ越来越多的超高层建筑涌现出来ꎮ另一方面ꎬ由于住宅建筑使用功能上的限制ꎬ往往造成结构高宽比很大ꎮ本文对某高宽比超限工程实例进行了较为全面的分析ꎬ并采取多种构造措施ꎬ以满足结构刚度㊁承载能力的要求ꎮ关键词:高宽比超限ꎻ超限高层ꎻ结构设计中图分类号:ＴＵ９７３文献标志码:Ａ文章编号:１６７２－４０１１(２０１８)０７－００５３－０２ＤＯＩ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １６７２－４０１１ ２０１８ ０７ ０２５１㊀程概况本工程位于安徽省合肥市ꎬ共６３层ꎬ高度为２００.５ｍꎬ地下部分为大型四层的地下室ꎬ用作自行车库㊁机动车库和设备用房等ꎮ１~５层为商业用房ꎬ６层以上为住宅部分ꎬ住宅塔楼采用钢筋混凝土剪力墙结构体系ꎮ其典型结构平面布置图见图１ꎮ图１㊀典型结构平面布置图结构的抗震设防烈度为７度ꎬ设计地震基本加速度０.１０ｇꎬ设计地震分组为第一组ꎬ场地类别为ＩＩ类ꎮ根据当地安平报告ꎬ多遇地震影响系数取为０.０８３ꎬ罕遇地震影响系数０.５０ꎬ特征周期取为０.４０ꎮ２㊀高宽比判断根据«高层建筑混凝土结构技术规程»(ＪＣＪ３ ２０１０)ꎬ在抗震设防烈度为７度地区ꎬ剪力墙结构(Ｂ级)的最大高度限制为１５０ｍꎮ本建筑的塔楼地面以上至结构屋面高度为２００.５ｍꎬ高度明显超过了现有规范限值ꎮ剪力墙结构的最大高宽比限制为６ꎬ结构高宽比为超９.３ꎬ高宽比也超限ꎮ住宅塔楼由双拼的两个单元结构组成ꎮ塔楼结构带有５层高的裙房ꎮ塔楼结构由于平面不规则ꎬ在确定结构高宽比时采用广东省«高层建筑混凝土结构技术规程»(以下简称«高规»)补充规定中介绍的一种方法ꎮ 当建筑平面非矩形时ꎬ可取平面的等效宽度Ｂ＝３.５ｒꎬｒ为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径结构 ꎮ高宽比各种信息见表１ꎮ表１高宽比信息裙房以下㊀㊀㊀裙房以上典型宽度等效宽度最大宽度最小宽度折边后宽度宽度/ｍ２１.５５１９.０９２１.５５１２.６０２３.９９２高宽比(整体)９.３０４１０.５０９.３０４１５.９８.３５高宽比(裙房以上)９.０５８.０２１３.７７.２３㊀结构设计３.１㊀嵌固端的选取根据«高规»规定ꎬ选择地上结构外扩不超过三跨的地下室范围计算其嵌固端楼层刚度比ꎬ本结构地下一层与首层侧向刚度比为２.６８７ꎬ满足规范不宜小于２的要求ꎬ可将地下室顶板作为上部结构嵌固部位ꎮ３.２㊀弹性计算结果按照«高规»规定ꎬ需要采用两种不同程序对结构分别进行计算分析ꎮ针对本工程ꎬ选取了ＳＡＴＷＥ和ＰＭＳＡＰ两种软件进行了结构的重力荷载静力分析㊁弹性反应谱分析㊁多遇地震时程分析以及风荷载分析ꎬ并对不同软件的周期与振型㊁塔楼的反力㊁基底剪力及倾覆力矩㊁剪重比㊁位移㊁层间位移角㊁扭转位移比㊁楼层刚度比等分析结果进行对比ꎮ３.２.１㊀计算参数楼层层数:６３层地震作用:单向＋偶然偏心(ʃ５％)/双向地震作用计算:振型分解反应谱法/弹性时程分析补充计算地震作用方向:ＸꎬＹ方向地震作用振型组合数:２４地震效应计算方法:考虑扭转耦连ꎬＣＱＣ法小震周期折减:０.９活荷载折减:按规范折减地震作用效应分析时连梁刚度折减系数:０.７３５梁扭矩折减系数:０.４中梁刚度放大系数:２.０边梁刚度放大系数:１.５结构起算层:ʃ０.０００自重调整系数:１.０楼板假定:刚性楼板(局部开洞较大的边缘区域为弹性楼板)结构阻尼比:０.０５重力二阶效应(Ｐ－Δ效应):弹性分析时考虑ꎬ弹塑性分析时考虑楼层水平地震剪力调整:最小剪重比为１.２０％ꎮ３.２.２㊀周期和振型各自选取前１２个振型结果见表２表２几个振型结果周期信息ＳＡＴＷＥＰＭＳＡＰＴ１/ｓ５.４９５.３４Ｔ２/ｓ５.２２５.２４Ｔ３/ｓ４.０６３.９２Ｔ４/ｓ１.７４１.６４Ｔ５/ｓ１.２５１.２０Ｔ６/ｓ１.１２１.０７Ｔ７/ｓ０.８９０.８３Ｔ８/ｓ０.５５０.５３Ｔ９/ｓ０.５５０.５２Ｔ１０/ｓ０.５１０.４９Ｔ１１/ｓ０.３８０.３６Ｔ１２/ｓ０.３３０.３１Ｔ３/Ｔ１０.７４０.７３㊀㊀用两个软件计算得到的前三振型依次是Ｘ向平动㊁Ｙ向平动和转动ꎬ周期基本一致ꎮ且第一扭转振型周期与第一平动周期的比值小于规范限值０.８５ꎮ３.２.３㊀地震质量和结构荷载(见表３)表３地震质量和结构荷载ｋＮＳＡＴＷＥＰＭＳＡＰ恒载１２５５８６２.１９１２５６３０５活载１７１２４７.８４１７１４１２重力荷载代表值１３４１４８６.０９１３４２０１１㊀㊀注:不包括ʃ０ ０００以下部分３.２.４㊀总风力和地震作用采用两种软件对结构在多遇地震烈度(小震)下的地震作用及５０年一遇风荷载作用下的楼层剪力及楼层倾覆弯矩进行分析比较ꎬ基底剪力与倾覆弯矩的对比见表４~５ꎮ表４Ｘ方向基底剪力及倾覆弯矩软件ＳＡＴＷＥＰＭＳＡＰ地震力小震基底剪力/ｋＮ１６７４６.６２１７１２２基底剪重比１.２５％１.２８％倾覆力矩/(ｋＮ ｍ)２００１３１２.４５６２０７１１８２风荷载(５０ｙ)基底剪力/ｋＮ６４１８.６６７３０.６２５倾覆力矩/(ｋＮ ｍ)８１８９６６.１８３４３９７.９８１表５Ｙ方向基底剪力与倾覆弯矩软件ＳＡＴＷＥＰＭＳＡＰ地震力小震基底剪力/ｋＮ１７５３２.６０１８１７４基底剪重比１.３１％１.３５％倾覆力矩/(ｋＮ ｍ)１７９３４４４.００１８８３７３５风力(５０ｙ)基底剪力/ｋＮ１７２４２.３１７６３７.１５２倾覆力矩/(ｋＮ ｍ)２１３１０６４.８２１７６７２０.９５３.２.５㊀层间位移角地震及风荷载(按５０年重现期)作用下ꎬ结构的层间位移角见表６ꎮ表６楼层最大层间位移角软件ＳＡＴＷＥＰＭＳＡＰ荷载作用方向Ｘ向Ｙ向Ｘ向Ｙ向风载最大层间位移角１/２２５１１/８３０１/２２３５１/７８２位置－层数３１４７３２５２规范限值１/６６６１/６６６１/６６６１/６６６小震最大层间位移角１/８６６１/９０６１/９２３１/８８４位置－层数３２５３３４５４规范限值１/６６６１/６６６１/６６６１/６６６㊀㊀在风及地震作用下ꎬ结构层间最大层间位移角满足现有规范要求ꎮ３.３㊀计算结果分析两种软件(ＳＡＴＷＥ和ＰＭＳＡＰ)的计算结果基本一致ꎬ结构的整体刚度㊁构件强度以及剪力墙㊁柱的轴压比等指标均能满足规范的规定限值要求ꎮ结构在风及多遇地震作用下ꎬ能保持良好的抗侧性能和抗扭转能力ꎬ主要指标均满足极限状态设计和抗震设计第一阶段的结构性能目标要求ꎮ３.４㊀针对超限情况的结构设计和相应措施本结构采用全部落地的剪力墙结构ꎬ在房型布置条件允许的前提下ꎬ尽量增大结构宽度ꎬ降低高宽比ꎮ剪力墙抗震等级为特一级ꎬ轴压比ꎬ配筋率等控制指标在特一级的要求上进一步严格要求ꎮ轴压比在底部加强区范围内控制在０.４５ꎬ且墙肢角部布置一定数量的型钢ꎬ增强剪力墙的延性ꎮ剪力墙厚度及混凝土强度等级按高度分区逐步减薄或降低ꎬ楼层高度尽量均匀变化ꎬ避免出现刚度和承载力突变的楼层ꎮ底部加强区延伸至裙房屋顶以上一层ꎬ约束边缘构件延伸至轴压比０.２以下ꎮ本工程的高宽比超过９.３ꎬ超出了«高规»表３.３.２规定的Ｂ级高度钢筋混凝土高层建筑适用的最大高宽比６的要求ꎮ高宽比较大ꎬ容易导致结构横向刚度和承载力偏弱ꎬ整体稳定不易满足ꎮ本工程在进行结构布置时ꎬ剪力墙尽量均匀布置ꎬ水平作用传递直接明确ꎬ增强了结构横向刚度ꎮ同时ꎬ补充坐标轴转动４５ʎꎬ和结构局部抗侧力构件自成体系的包络设计的验算ꎮ计算结果表明ꎬ在地震作用下及风荷载作用下最大值层间位移角均能满足规范要求ꎮ在增加底部加强区墙肢厚度和布置一定数量型钢后ꎬ在设防地震荷载作用下ꎬ墙肢的拉应力小于２倍的混凝土抗拔强度标准值ꎮ４㊀结㊀论经过合理的构件布置并采取针对性的加强措施ꎬ可以满足大高宽比超Ｂ类高度建筑的强度㊁刚度的规范要求ꎮ[ＩＤ:００６３２４]参考文献:[１]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规程:ＪＧＪ３ ２０１０[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２０１０.[２]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范:ＧＢ５００１１ ２０１０[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２０１０.[３]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范:ＧＢ５００１０ ２０１０[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２０１０.４５。
超限高层建筑工程界定规定超限高层建筑工程是指高度或者结构形式上超过一般建筑物的设计、施工、监理等标准和规范要求的建筑工程。
为了确保超限高层建筑的安全稳定和人员安全，相关部门对超限高层建筑工程进行了严格的界定和规定。
本文将介绍超限高层建筑工程的界定规定。
一、界定条件1. 高度：超限高层建筑的高度通常要求在规定范围之上，一般高度要求在100米以上。
2. 结构形式：超限高层建筑采用的结构形式与一般建筑物有所不同，通常采用特殊的结构形式，如框支剪力墙结构、铆接结构等。
3. 使用功能：超限高层建筑一般用于商业、住宅、办公等多功能用途，与一般建筑物的用途有所不同。
二、设计要求1. 抗震设计：超限高层建筑的抗震设计要求高于一般建筑物，需要采用更强的抗震措施，确保建筑物在地震等自然灾害中的稳定性和安全性。
2. 安全通道：超限高层建筑需要设置多个安全通道，以便在突发情况下人员能够顺利疏散，保障人员安全。
3. 消防设施：超限高层建筑的消防设施要求更加严格，需要配备更多的灭火器、喷淋器、疏散通道等，保证火灾发生时能够及时控制和疏散。
三、施工规范1. 施工技术：超限高层建筑的施工需要采用先进的技术和设备，确保施工质量和安全性。
2. 监理要求：超限高层建筑的施工必须由专业的监理机构进行全程监督，确保施工按照设计要求进行。
3. 施工资质：超限高层建筑的施工要求承包商必须具备相关的施工资质和经验，确保施工过程中的技术和安全要求能够得到满足。
四、监管措施1. 监管机构：超限高层建筑的施工、设计和监理都需要由相关的监管机构进行监督，确保整个过程的合规性和安全性。
2. 定期检查：超限高层建筑在使用期间需要定期进行安全检查，发现问题及时进行修复和整改，确保建筑物的安全。
3. 罚款措施：对于违反超限高层建筑工程规定的企业和个人，将采取相应的罚款措施，以强化规定的执行力度。
总结:繁忙的都市中，越来越多的超限高层建筑拔地而起。
为了确保这些建筑的安全性和人员的安全，相关部门对超限高层建筑工程进行了严格的界定和规定。
超限高层建筑结构设计
摘要：本文结合超限高层建筑工程实例，对其地基基础、主体结构设计、结构计算及超限情况及超限审查进行了分析，以供同行参考。
关键词：超限高层建筑，结构设计
1、工程概况
该建筑由主楼、裙楼和辅楼组成。
主楼(室外地面至大屋面)高135.15m,地上31层,地下2层,采用框架-核心筒体系。
裙楼(室外地面至屋面最高处)高28.85m,地上4层(局部6层),地下2层,采用框架结构。
主楼与裙楼共用大底盘地下室,地面部分用防震缝分开。
工程总用地面积65854.6m2,建筑占地面积15762.50m2,总建筑面积135221.02m2。
该工程抗震设防烈度7度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度值为0.10g,设计特征周期为0.35s。
建筑抗震设防类别为乙类。
建筑结构安全等级主楼为一级,裙楼及辅楼为二级。
地基基础设计等级主楼为甲级,裙楼及辅楼为乙级。
基本风压值w0=0.35kN/m2,地面粗糙度B类,基本雪压0.10kN/m2。
结构的设计使用年限为50年。
该工程±0.00相当于绝对标高489.00m,抗浮设防水位485.50m。
2、地基基础
2.1拟建场地的地质资料
拟建场地类别为Ⅱ类,属中软~中硬土。
土层结构由上而下依次为填土、黏性土、粉质黏土、粉土、细砂、中砂、卵石层、泥岩。
地基土主要土层的工程特性指标见表1。
2.2主楼基础选型
根据该工程的地质资料,主楼底板标高处为承载力较高的中密和密实卵石层,承载力特征值fak≥580kPa,适宜采用天然地基。
综合考虑到上部结构及地下室的结构类型、场地的施工条件及对周边相邻建筑的影响,主楼部分初步确定采用整体式筏板基础。
经过计算发现基础采用整体式筏板基础后,由于两个筒体承受的荷载比周边柱的大很多,考虑整体作用冲切计算需要的筏板厚度达 3.4m,配筋太大且布筋困难。
经过分析,最终采取了两个筒体单独做筏板(筏板厚度为2.8m),周
边与地下室外墙相连的柱做条形基础(基础高度为1.5m),独立柱做独立基础(基础高度为1.5～1.6m)的方案,使筏板厚度及配筋量都大大减小。
通过调整基础尺寸,各类基础的沉降量相差很小,其沉降值:筏板基础为21mm,条形基础为17mm,独立基础为17～19mm。
采用该基础布置方案,中筒筏板下卵石层的承载力得到充分利用,下卧层泥岩的承载力经复核也满足要求。
3主体结构设计
3.1防震缝设置
由于建筑平面尺度很大,在主楼与裙房间的地面以上部分设置伸缩缝(兼防震缝),将其划分为尺度较小的结构单元,以减少温度及收缩应力的影响。
鉴于主楼及裙房的基础持力层良好,压缩层较薄,主楼与裙房之间的沉降差异较小,并且考虑到主楼的抗震稳定性,故不再设置沉降缝,仅于主楼与裙楼间设置沉降后浇带。
3.2主体结构选型
主楼采用框架-核心筒体系,框架抗震等级为一级,核心筒抗震等级为特一级。
主楼体型是在长方体的基础上,对处于反对称位置的部分立面进行扭曲90°而形成的。
由此使位于东西两端的部分框架柱(共4根,约占总数的15.4%)不能直接落地,部分柱成为斜柱,竖向荷载的传递路径发生改变,形成复杂的空间结构体系。
其中:1)东西立面的第二根柱,在层8以上为直线柱,在层8以下该柱弯折后落地;2)东西立面的第三、四根柱,在层18,26进行转换,由核心筒出挑伸臂桁架承托层18,26以上的柱子,把该部分的荷载转换到核心筒上去;3)为满足下部设置大空间的需要,在层1～7抽掉了位于两个核心筒之间的柱,在层8~9设置跨度为17m 的转换桁架。
为提高框架柱的延性和减小柱的面积,外围框架斜柱沿柱全高、直柱在层19以下采用直径为700mm的钢管混凝土柱,钢管壁厚12～14mm,内填C40～C60混凝土。
钢管柱与框架梁的连接主要采用环梁节点,该节点已在我国20多幢高层建筑(最高68层)中得到成功应用[1],是一种构造简单、造价低、适用于与多方向梁相连接、利于施工的连接方式,同时也通过了多批节点的静力试验和反复载荷试验,是安全可靠的。
部分钢管柱与框架梁的连接采用穿心和半穿心牛腿节点。
核心筒、楼盖梁板及层19以上的框架柱(斜柱除外)均采用钢筋混凝土结构,以降低造价。
为满足建筑的交通要求(开设门洞)和减轻自重,悬挑桁架采用钢结构,与悬挑桁架相连的核心筒剪力墙中设置部分钢骨,使悬挑桁架牢固地连接于核心筒上。
该工程采用了高位转换(现行规范规定的转换层高度不宜超过5层,该结构最高为26层),为超限高层结构。
为保证结构的安全,除满足现行规范的设计指标外,根据建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2006]220号通知文件),基于按性能设计的理念,对于核心筒底部加强区和转换桁架(转换梁),
以及外围框架柱中断区域,要求在设防烈度(中震)下保持弹性工作状态,并严格控制小震下的层间位移。
加强相应区域及核心筒的抗震构造措施,控制柱的轴压比(不大于0.75）及剪力墙轴压比,提高核心筒安全度,并采用多程序分析比较及多阶段(小、中、大震)抗震设计。
3.3主楼转换桁架
主楼轴④与轴相交处的两根柱,由于功能需要在层8以下取消,从而形成高位转换。
通过方案比较并与建筑方面协调,采用了在层8~9的两层空间内设置桁架式转换结构(图1),桁架杆件采用型钢混凝土制作。
桁架支座处的筒体边缘构件也配置了型钢以减小该处的局部应力。
图1轴④，处人字转换桁架立面布置图
主楼轴③与轴相交处的两根柱Z1,以及轴④与轴,轴②与轴相交处的两根柱Z2,由于建筑立面造型的需要不能直接落地,分别在层17,25与斜柱相交。
为减小斜柱的压力,并结合电算结果的内力分布情况,经与建筑协调,对柱Z1采用了分别在层17,层25的一层空间内设置两榀桁架式转换结构,对柱Z2采用了在层25的一层空间内设置一榀桁架式转换结构的方案(图2),桁架的上下弦杆件采用型钢混凝土制作。
桁架的上下弦杆均延伸至筒体的整个宽度,以平衡桁架的倾覆力矩,桁架支座处的筒体边缘构件也配置了型钢以减小该处的局部应力。
图21,2号转换桁架立面布置图
3.4预应力结构
主楼两筒体间的净跨为16.6m,中部因功能需要不能设柱。
由于层高及净高限制,梁高需控制在600~900mm范围(其中跨中范围600~700mm,支座范围700~900mm),为满足建筑的净高要求,经分析研究,决定该范围内采用预应力梁。
在进行预应力梁布置时,由于两端均为剪力墙,如果采用普通的布置方式,对预应力的张拉及建立均较难实现,且两端支座配筋量与跨中相比很大,配筋困难。
为方便施工,设计时采用了通过由两边筒体挑出一定长度的主梁支承的封口梁,然后在
此基础上布置预应力次梁。
由于出挑长度适当,悬挑主梁的配筋量有所降低,采用普通钢筋混凝土梁即可,预应力次梁的受力分析也大大简化,布筋也相对简单,支承预应力次梁的封口梁的扭转效应由于悬挑主梁端部有一定的转角变形的影响也大大减小。
采用该布置方式后,仅中部的次梁采用预应力,土建施工时在次梁端部预留张拉孔供预应力张拉,施工方便。
4 结构计算
主楼采用SATWE及ETABS软件进行结构在恒载、活载、风载、地震作用下的内力计算和时程分析,并考虑扭转耦联效应。
主要分析结果见表2。
主要分析结果表2
5 超限情况及超限审查
如前所述,该项目主楼为B级高度高层建筑,采用了悬挑钢桁架高位转换的长斜柱混合结构体系,属超限高层建筑工程。
还要进行了超限抗震专项审查，根据专家委员会的审查意见,进行了以下的修改和补充工作:
(1)对于主楼高位转换桁架,采用了手算清理荷载的方法复核。
位于悬挑桁架端部的集中力按电算结果为1880kN(设计值,下同),初步设计时做了放大,取为2200kN。
此次手算清理荷载的结果为按恒载+活载的组合值为3180kN,按恒载+活载+地震作用(水平+竖向)的组合为2810kN(由地震引起的竖向力乘了1.5的放大系数,由于总内力中地震引起的内力比例不大,不起控制作用),按3180kN计算,桁架应力比由0.67增大为1.05,为此对桁架作了截面调整,调整后的最大应力比为0.93。
(2)考虑了个别斜柱失效后的计算。
取层14~15楼面之间的受力最大的一根斜柱失效(退出工作),按不屈服计算(荷载和材料设计强度均采用标准值,下同),在无震和大震作用下,该斜柱所支承的上一层(层15)的设计配筋,能满足斜柱失效后相应的框架梁不屈服的条件,不会引起楼层垮塌。
在大震作用下,不受该柱支承的其余框架梁有部分出现超筋,表明这些梁端在大震下出现塑性铰,但是由于有相应的柱支承,不会垮塌。
(3)考虑悬挑转换桁架的腹杆失效(如压杆屈曲退出工作)。
桁架弦杆退化为钢梁,按不屈曲计算,原设计的配筋能满足桁架腹杆失效后转换桁架以上各层框架梁不屈服的条件,不会出现楼层垮塌的结果。
(4)虽然钢筋混凝土梁和钢管混凝土柱连接的环梁节点已在国内几十项工程中实施,但由于该工程梁与柱属斜交连接，故根据审查意见,专门进行了试验。
6 结语
该工程的结构设计根据项目的具体特点,在基础优化设计、钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点设计、高位转换桁架设计计算、预应力梁布置方案、防连续倒塌设计、抗震性能设计等方面进行了探索。
在保证安全的前提下,在技术先进性、经济性和使用性等方面均取得了较好的效果。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
