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摘要：杨箕村改造工程A7栋地下2层，地面以上40层，高度127.8m，1层~3层为商业部分，4层为设备层，5层及以上为住宅部分，采用框支剪力墙结构体系，转换层在第4层。介绍A7栋的结构设计，着重说明其结构超限抗震设计情况，并按实际情况进行相应的计算分析, 同时对工程中应用的相关技术措施进行了介绍。
关键词：框支剪力墙结构； 超限结构；抗震设计； 时程分析；框支框架
Abstract: YangJiCun reconstruction project A7 house 2 floors underground, the ground above 40 layer, the height of 127.8 m, tier 1 ~ 3 layer for business part, 4 layer for equipment layer, layer and above 5 for residential part, USES the box a shear wall structure system, conversion layers in the layer 4. Introduces the structure of the building A7 design, the focus on its structure seismic design overrun, and according to actual situation for the corresponding calculation and analysis, and the project of the applications of the related technical measures are introduced in this paper.
Key words: a frame shear wall structure; Overrun structure; Seismic design; Time history analysis; Box a framework
中圖分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
1. 工程概况
杨箕村旧城改造工程项目位于广州大道以西、中山一路以南，西侧有杨箕涌，东侧毗邻广州新城市中轴线珠江新城，南接成熟社区五羊新城。项目占地30827.4 m2，总建筑面积约290000m2，地上256436.9m2，共9个塔楼，各塔楼均和A7栋类似。地下室2层，层高4.2m，其中负2层战时作为核六级人防掩蔽所，平时为车库及设备用房，主体外有部分地下室延伸。地面以上40层，高度127.8m，1层~3层为商业部分，4层为设备层，5层及以上为住宅部分。
首层至裙楼屋面根据各塔楼平面范围设置抗震缝，形成独立主体结构，简化结构体型。
本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，II类场地，设计地震分组为第一组，设计地震基本加速度值0.1g，抗震设防分类别为丙类。转换层、标准层结构平面布置及建筑剖面分别如图1~3所示。
2. 结构体系及超限项目
本工程采用部分框支剪力墙结构。根据建筑功能需要，转换层设在第4层结构层，转换层以下为框支框架，形成大开间，以满足商业用途；转换层以上为剪力墙结构，作住宅用途。同时，利用电梯井、楼梯间设置沿建筑物全高贯通的核心筒。落地剪力墙均加厚以作加强构造措施。
本工程存在以下超限项目：超B级高度混凝土高层建筑(大于120m)，竖向构件不连续，平面凹凸不规则，局部楼板不连续，扭转不规则I类。属于特别不规则结构，需进行超限审
。本工程采用基于抗震性能的设计方法，以加强薄弱部位的量化设计。针对本工程各栋的结构特点和超限内容，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3－2010)，性能目标定为C级，小震、中震、大震的性能水准为1、3、4。本工程的难点在于高位转换及减少结构抗侧刚度及承载力突变。
3. 结构抗震分析与计算
针对结构抗震性能目标，在多遇地震下，采用建研院
SATWE软件对结构进行承载力和变形计算，并用MIDAS Building软件复核。在设防地震及罕遇地震作用下，采用SATWE进行计算分析，全面把握结构在中大震下满足性能目标的情况。
3.1 多遇地震弹性计算分析
弹性计算需采用规范和安评报告的数据分别进行计算比较，根据楼层弯矩和剪力的结果曲线进行比较，最终取地震作用较大的结果。根据比较结果，安评数据计算反映的地震剪力和弯矩比规范值大，因此小震采用安评数据的结果作为设计依据。另根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，中震和大震可仍按规范的设计参数采用。整体计算结果详表1。
表1 整体计算结果
3.2 结构的弹性时程分析
根据抗规5.1.2条表5.1.2-1规定，
采用 SATWE 程序对各栋进行了常
遇地震下的弹性时程分析。按地震
选波三要素(频谱特性，有效峰值和
持续时间)，选取II类场地上五组实际强震记录以及二组人工模拟的场地波进行弹性时程
分析，并对分析结果进行放大调整，以确保平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果
的80％，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65％。位移曲线详图4。计算结果表面位移曲线以弯曲性为主，曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀；曲线斜率变化最大位置接近底部，说明最大有害层间位移角位于底部楼层，需特别增大该部分的竖向构件刚度，减小层间位移角，并予以构造加强。
3.3 转换层楼板有限元分析
在MIDAS中采用壳单元模拟转换层的楼板，楼板厚度取200mm，不考虑楼板的刚度折减，进行小震组合下的楼板应力分析，分析结果云彩图略。由结果可见，楼板X、Y方向的最大拉应力分别为2.0Mpa,1.8Mpa， 考虑采用Φ12@150双层双向配筋后楼板可以满足抗拉要求。
3.4 弹塑性静力推覆分析
采用PKPM系列软件之SH&EPDA进行PUSHOVER分析。分步施加竖向静力荷载和侧推荷载，侧推荷载采用倒三角形式。推覆结果表明，最大顶点位移为约450mm，存在性能点，在罕遇地震作用下，XY向的最大层间位移角分别为1/218，1/215，满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）要求。
4 超限处理措施
针对本工程的超限情况及设计中的关键技术，采取以下主要措施以提高抗震性能
（1）控制落地墙的比例，保证核心筒以外均有一定墙体能落地。落地墙加厚加强配筋。
（2）控制落地剪力墙在罕遇地震作用下的弹性剪应力水平不大于0.2fck，并对转换比例较大，转换高度较高的A7栋适当提高落地剪力墙的竖向分布筋率至0.6%。
（3）对于个别轴压比>0.5的剪力墙，对剪力墙暗柱加设芯柱，以提高剪力墙的延性。
（4）转换层楼板采用200厚，配筋采用双层双向拉通，局部应力较大位置再另加钢筋满足受力要求。
（5）对转换层上下层楼板加厚至150mm，并在配筋上予以一定加强。
5 结论
概念设计对于高层结构方案的合理、经济及有效选取非常重要，不仅能考虑结构设计的合理性，而且还能充分考虑建筑的使用要求，进而满足建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求。
本工程虽然超过B级高层建筑适用高度，但结构形式比较简单、体型规则，在设计中充分利用概念设计方法，对关键构件设定抗震性能化目标。并在抗震设计中，采用多种程序对结构进行了弹性、弹塑性计算分析，除保证结构在小震下完全处于弹性阶段外，还补充了关键构件在中震和大震下的验算。计算结果表明，多项指标均表现良好，基本满足规范的有关要求。根据计算分析结果和概念设计方法，对关键和重要构件作了适当加强，以保证在地震作用下的延性。
参考文献：
[ 1 ]GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 （S）
[ 2 ]JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程（S）
[ 3 ]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点2010版
[ 4 ]广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则2011
[ 5 ]徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M] . 北京:中国建筑工业出版社,2005.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：框支剪力墙结构； 超限结构；抗震设计； 时程分析；框支框架
Abstract: YangJiCun reconstruction project A7 house 2 floors underground, the ground above 40 layer, the height of 127.8 m, tier 1 ~ 3 layer for business part, 4 layer for equipment layer, layer and above 5 for residential part, USES the box a shear wall structure system, conversion layers in the layer 4. Introduces the structure of the building A7 design, the focus on its structure seismic design overrun, and according to actual situation for the corresponding calculation and analysis, and the project of the applications of the related technical measures are introduced in this paper.
Key words: a frame shear wall structure; Overrun structure; Seismic design; Time history analysis; Box a framework
中圖分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
1. 工程概况
杨箕村旧城改造工程项目位于广州大道以西、中山一路以南，西侧有杨箕涌，东侧毗邻广州新城市中轴线珠江新城，南接成熟社区五羊新城。项目占地30827.4 m2，总建筑面积约290000m2，地上256436.9m2，共9个塔楼，各塔楼均和A7栋类似。地下室2层，层高4.2m，其中负2层战时作为核六级人防掩蔽所，平时为车库及设备用房，主体外有部分地下室延伸。地面以上40层，高度127.8m，1层~3层为商业部分，4层为设备层，5层及以上为住宅部分。
首层至裙楼屋面根据各塔楼平面范围设置抗震缝，形成独立主体结构，简化结构体型。
本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，II类场地，设计地震分组为第一组，设计地震基本加速度值0.1g，抗震设防分类别为丙类。转换层、标准层结构平面布置及建筑剖面分别如图1~3所示。
2. 结构体系及超限项目
本工程采用部分框支剪力墙结构。根据建筑功能需要，转换层设在第4层结构层，转换层以下为框支框架，形成大开间，以满足商业用途；转换层以上为剪力墙结构，作住宅用途。同时，利用电梯井、楼梯间设置沿建筑物全高贯通的核心筒。落地剪力墙均加厚以作加强构造措施。
本工程存在以下超限项目：超B级高度混凝土高层建筑(大于120m)，竖向构件不连续，平面凹凸不规则，局部楼板不连续，扭转不规则I类。属于特别不规则结构，需进行超限审
。本工程采用基于抗震性能的设计方法，以加强薄弱部位的量化设计。针对本工程各栋的结构特点和超限内容，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3－2010)，性能目标定为C级，小震、中震、大震的性能水准为1、3、4。本工程的难点在于高位转换及减少结构抗侧刚度及承载力突变。
3. 结构抗震分析与计算
针对结构抗震性能目标，在多遇地震下，采用建研院
SATWE软件对结构进行承载力和变形计算，并用MIDAS Building软件复核。在设防地震及罕遇地震作用下，采用SATWE进行计算分析，全面把握结构在中大震下满足性能目标的情况。
3.1 多遇地震弹性计算分析
弹性计算需采用规范和安评报告的数据分别进行计算比较，根据楼层弯矩和剪力的结果曲线进行比较，最终取地震作用较大的结果。根据比较结果，安评数据计算反映的地震剪力和弯矩比规范值大，因此小震采用安评数据的结果作为设计依据。另根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，中震和大震可仍按规范的设计参数采用。整体计算结果详表1。
表1 整体计算结果
3.2 结构的弹性时程分析
根据抗规5.1.2条表5.1.2-1规定，
采用 SATWE 程序对各栋进行了常
遇地震下的弹性时程分析。按地震
选波三要素(频谱特性，有效峰值和
持续时间)，选取II类场地上五组实际强震记录以及二组人工模拟的场地波进行弹性时程
分析，并对分析结果进行放大调整，以确保平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果
的80％，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65％。位移曲线详图4。计算结果表面位移曲线以弯曲性为主，曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀；曲线斜率变化最大位置接近底部，说明最大有害层间位移角位于底部楼层，需特别增大该部分的竖向构件刚度，减小层间位移角，并予以构造加强。
3.3 转换层楼板有限元分析
在MIDAS中采用壳单元模拟转换层的楼板，楼板厚度取200mm，不考虑楼板的刚度折减，进行小震组合下的楼板应力分析，分析结果云彩图略。由结果可见，楼板X、Y方向的最大拉应力分别为2.0Mpa,1.8Mpa， 考虑采用Φ12@150双层双向配筋后楼板可以满足抗拉要求。
3.4 弹塑性静力推覆分析
采用PKPM系列软件之SH&EPDA进行PUSHOVER分析。分步施加竖向静力荷载和侧推荷载，侧推荷载采用倒三角形式。推覆结果表明，最大顶点位移为约450mm，存在性能点，在罕遇地震作用下，XY向的最大层间位移角分别为1/218，1/215，满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）要求。
4 超限处理措施
针对本工程的超限情况及设计中的关键技术，采取以下主要措施以提高抗震性能
（1）控制落地墙的比例，保证核心筒以外均有一定墙体能落地。落地墙加厚加强配筋。
（2）控制落地剪力墙在罕遇地震作用下的弹性剪应力水平不大于0.2fck，并对转换比例较大，转换高度较高的A7栋适当提高落地剪力墙的竖向分布筋率至0.6%。
（3）对于个别轴压比>0.5的剪力墙，对剪力墙暗柱加设芯柱，以提高剪力墙的延性。
（4）转换层楼板采用200厚，配筋采用双层双向拉通，局部应力较大位置再另加钢筋满足受力要求。
（5）对转换层上下层楼板加厚至150mm，并在配筋上予以一定加强。
5 结论
概念设计对于高层结构方案的合理、经济及有效选取非常重要，不仅能考虑结构设计的合理性，而且还能充分考虑建筑的使用要求，进而满足建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求。
本工程虽然超过B级高层建筑适用高度，但结构形式比较简单、体型规则，在设计中充分利用概念设计方法，对关键构件设定抗震性能化目标。并在抗震设计中，采用多种程序对结构进行了弹性、弹塑性计算分析，除保证结构在小震下完全处于弹性阶段外，还补充了关键构件在中震和大震下的验算。计算结果表明，多项指标均表现良好，基本满足规范的有关要求。根据计算分析结果和概念设计方法，对关键和重要构件作了适当加强，以保证在地震作用下的延性。
参考文献：
[ 1 ]GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 （S）
[ 2 ]JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程（S）
[ 3 ]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点2010版
[ 4 ]广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则2011
[ 5 ]徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M] . 北京:中国建筑工业出版社,2005.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。