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摘要：文章主要结合工程实例，针对某超限高层建筑结构设计要点进行了分析，主要从建筑结构选型、结构计算与结果、抗震设防等方面进行阐述，旨在加强高层结构设计水平及保证工程的质量与安全。
关键词：超限高层建筑防震设防结构设计
Abstract: the paper mainly with an engineering example, in view of some overrun highrise structure design key points are analyzed, and the main structure of the building from the selection, structure calculation and result, and seismic fortification, etc, this essay aims at strengthening high-rise structure design level and ensure the quality of the construction and security.
Keywords: overrun highrise shock resistance structure design
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一．工程概况
某超限高层建筑，总建筑面积为4.797万㎡。本工程地下3层，地上39层，地上通过抗震缝分为两栋楼，房屋高度120.18米，采用部分框支剪力墙结构体系，其中部分剪力墙在2层转换。地基基础设计等级甲级。混凝土结构的环境类别为一类及二a类，相应地，混凝土结构的裂缝控制等级为Ⅲ级（对一、二a类环境分别为wlim=0.3mm及0.2mm）。混凝土受弯构件的挠度限值按跨度由小到大依次为l/200、l/250。建筑场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10 g。
二．建筑结构选型
（1）主楼高度（±0.00以上）120.13m，地面以上结构层为39层，其中出屋面3层，高度为8.8m。
（2）建筑规则为平面扭转不规则；平面凹凸不规则；布置不均匀；结构层第2层为转换层，竖向构件布置不连续； 其他不规则（局部穿层柱）。
（3）本工程为现浇钢筋混凝土结构，楼盖整体性好。
（4）结构类型：框架—剪力墙结构，属于复杂类型。
（5）超限类型：本工程高度超限；扭轉不规则、凹凸不规则、构件间断（带转换结构）；
其他不规则（局部穿层柱）。
（6）抗震等级：本工程地上剪力墙抗震等级为一级，地下则同首层一样；地上框支框架抗震等级为特一级，地下二、三层则是逐层降低一级。
三．结构结果分析
（1）计算软件：PKPM系列结构分析软件SATWE模块，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制。
（2）楼层自由度为3（刚性楼板）。
（3）周期调整系数：0.9。
（4）主楼结构总重： 5.72万吨（SATWE）。
（5）基底地震总剪力：32581 KN（X向）36421 KN（Y向）（SATWE）。
（6）扭转位移比：X向1.17 <37~39F>；Y向1.28<2F>。
（7）转换层的上下刚度比：0.6027。
（8）最大轴压比：n=0.85。
（9）最大层位移角为1/1176，在17层（SATWE）。
（10）时程分析采用人1/1176工模拟的加速度时程曲线，选用了两组实测波和一组场地人工波进行弹性动力时程分析。弹性阶段的时程分析，构件内力，侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。
四．结果计算
（1）在风荷载及地震作用下各构件的强度和变形均满足有关规范的要求。
（2）墙、柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》和《高规》的要求，转换层以上柱子轴压比小于［0.85］，框支柱轴压比小于［0.6］。
（3）按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δμ/h =1/941满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.6.3条要求的1/800。
（4）塔楼满足（JGJ3-2002）关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比最大值为0.729，不大于0.85的规定。
（5）塔楼满足（GB50011-2001）第3.4.2条关于复杂高层建筑各楼层的最大层间位移不应大于该楼层两端层间位移平均值的1.4倍的规定。
（6）除转换层外，塔楼各层均满足（GB50011-2001）第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%，并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定。
（7）塔楼满足（JGJ3-2002）第E.0.2条关于转换层上部结构与下部结构的等效侧向刚度不应大于 1.3 的规定。
（8）除转换层外，塔楼各层均满足（JGJ3-2002）第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80% 的规定。
（9）塔楼满足（JGJ3-2002）第3.3.5条关于按时程曲线计算所得的结构底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的规定。
五．屈服判别法分析
按本工程在设防烈度地震作用下的抗震性能目标的要求，对其进行中震屈服判别分析，以判别结构在中震作用下的抗震性能。框支墙柱、框支梁在设防烈度地震作用下的抗震性能为中震弹性，标准层剪力墙的抗震性能为中震不屈服，连梁、框架梁的抗震性能为中震少量屈服，判别结果如下：
（1）框支墙柱、框支梁：个别构件需按中震弹性及小震计算结果进行包络设计,可满足中震弹性的抗震性能目标。
（2）底部加强区剪力墙：个别构件需按中震弹性计算结果进行设计,可满足中震抗剪弹性的抗震性能指标。
（3）标准层剪力墙: 个别剪力墙需按中震不屈服计算结果及小震计算结果进行包络设计，可满足中震不屈服的抗震性能目标。
（4）连梁、框架梁: 中部楼层部分连梁、框架梁出现屈服，通过实配钢筋并考虑放大，可满足少数连梁、框架梁屈服的抗震性能指标。
六．大震弹塑性分析
采用PERFORM-3D软件对结构进行弹塑性时程分析得到以下结论：
（1） 对结构输入峰值加速度为220gal的ELCentro波和安评波，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；
（2）连梁和框架梁出现弯曲塑性铰，梁端塑性铰在各个楼层分布较为均匀，计算结果显示柱未出现屈服，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；
（3）层间位移角曲线不存在突变的情形；
（4） 综合以上，认为该结构能够满足“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。
七．结构超限的抗震加强措施
（一） 超限情况
（1）房屋高度120.18米，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》4.2.2规定的钢筋混凝土部分框支剪力墙结构房屋最大适用高度A级最大高度100米、B级120米的限值；
（2）本工程首层（二层楼面）设置梁式转换结构，属于竖向抗侧力构件不连续的竖向不规则结构；
（3）标准层在水平地震考虑质量偶然偏心作用下，结构楼层的扭转位移比大于1.2，属于扭转不规则的平面不规则结构；
（4）标准层楼板存在凹凸不规则，属于凹凸不规则的平面不规则结构。
（5）局部穿层柱，属于其它不规则类别。
（二）针对本工程超限情况，采取了以下措施：
（1）采用三个不同力学模型的空间分析程序SATWE、MIDAS GEN、ETABS进行分析计算，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。
（2）采用SATWE软件进行了弹性时程分析，三条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。
（3）对结构在设防烈度地震作用下的分析结果表明，个别框支墙柱需按中震弹性及小震计算结果进行包络设计,可满足中震弹性的抗震性能目标。
（4）用PERFORM-3D进行了结构在大震作用下的弹塑性动力时程分析。
（5）采用ETABS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，可以认为本工程楼板在常遇地震作用下处于弹性状态。
（6）针对结构薄弱部位采取比规范更严格的配筋构造。
八．结论
总之，在超限高层建筑设计中，除应遵守现有技术标准的要求外，还有结构抗震计算分析和结构抗震构造措施等特殊要求。通过以上分析，本超限高层建筑均满足规范的相应规定和本工程抗震设防目标的要求。
关键词：超限高层建筑防震设防结构设计
Abstract: the paper mainly with an engineering example, in view of some overrun highrise structure design key points are analyzed, and the main structure of the building from the selection, structure calculation and result, and seismic fortification, etc, this essay aims at strengthening high-rise structure design level and ensure the quality of the construction and security.
Keywords: overrun highrise shock resistance structure design
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一．工程概况
某超限高层建筑，总建筑面积为4.797万㎡。本工程地下3层，地上39层，地上通过抗震缝分为两栋楼，房屋高度120.18米，采用部分框支剪力墙结构体系，其中部分剪力墙在2层转换。地基基础设计等级甲级。混凝土结构的环境类别为一类及二a类，相应地，混凝土结构的裂缝控制等级为Ⅲ级（对一、二a类环境分别为wlim=0.3mm及0.2mm）。混凝土受弯构件的挠度限值按跨度由小到大依次为l/200、l/250。建筑场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10 g。
二．建筑结构选型
（1）主楼高度（±0.00以上）120.13m，地面以上结构层为39层，其中出屋面3层，高度为8.8m。
（2）建筑规则为平面扭转不规则；平面凹凸不规则；布置不均匀；结构层第2层为转换层，竖向构件布置不连续； 其他不规则（局部穿层柱）。
（3）本工程为现浇钢筋混凝土结构，楼盖整体性好。
（4）结构类型：框架—剪力墙结构，属于复杂类型。
（5）超限类型：本工程高度超限；扭轉不规则、凹凸不规则、构件间断（带转换结构）；
其他不规则（局部穿层柱）。
（6）抗震等级：本工程地上剪力墙抗震等级为一级，地下则同首层一样；地上框支框架抗震等级为特一级，地下二、三层则是逐层降低一级。
三．结构结果分析
（1）计算软件：PKPM系列结构分析软件SATWE模块，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制。
（2）楼层自由度为3（刚性楼板）。
（3）周期调整系数：0.9。
（4）主楼结构总重： 5.72万吨（SATWE）。
（5）基底地震总剪力：32581 KN（X向）36421 KN（Y向）（SATWE）。
（6）扭转位移比：X向1.17 <37~39F>；Y向1.28<2F>。
（7）转换层的上下刚度比：0.6027。
（8）最大轴压比：n=0.85。
（9）最大层位移角为1/1176，在17层（SATWE）。
（10）时程分析采用人1/1176工模拟的加速度时程曲线，选用了两组实测波和一组场地人工波进行弹性动力时程分析。弹性阶段的时程分析，构件内力，侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。
四．结果计算
（1）在风荷载及地震作用下各构件的强度和变形均满足有关规范的要求。
（2）墙、柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》和《高规》的要求，转换层以上柱子轴压比小于［0.85］，框支柱轴压比小于［0.6］。
（3）按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δμ/h =1/941满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.6.3条要求的1/800。
（4）塔楼满足（JGJ3-2002）关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比最大值为0.729，不大于0.85的规定。
（5）塔楼满足（GB50011-2001）第3.4.2条关于复杂高层建筑各楼层的最大层间位移不应大于该楼层两端层间位移平均值的1.4倍的规定。
（6）除转换层外，塔楼各层均满足（GB50011-2001）第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%，并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定。
（7）塔楼满足（JGJ3-2002）第E.0.2条关于转换层上部结构与下部结构的等效侧向刚度不应大于 1.3 的规定。
（8）除转换层外，塔楼各层均满足（JGJ3-2002）第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80% 的规定。
（9）塔楼满足（JGJ3-2002）第3.3.5条关于按时程曲线计算所得的结构底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的规定。
五．屈服判别法分析
按本工程在设防烈度地震作用下的抗震性能目标的要求，对其进行中震屈服判别分析，以判别结构在中震作用下的抗震性能。框支墙柱、框支梁在设防烈度地震作用下的抗震性能为中震弹性，标准层剪力墙的抗震性能为中震不屈服，连梁、框架梁的抗震性能为中震少量屈服，判别结果如下：
（1）框支墙柱、框支梁：个别构件需按中震弹性及小震计算结果进行包络设计,可满足中震弹性的抗震性能目标。
（2）底部加强区剪力墙：个别构件需按中震弹性计算结果进行设计,可满足中震抗剪弹性的抗震性能指标。
（3）标准层剪力墙: 个别剪力墙需按中震不屈服计算结果及小震计算结果进行包络设计，可满足中震不屈服的抗震性能目标。
（4）连梁、框架梁: 中部楼层部分连梁、框架梁出现屈服，通过实配钢筋并考虑放大，可满足少数连梁、框架梁屈服的抗震性能指标。
六．大震弹塑性分析
采用PERFORM-3D软件对结构进行弹塑性时程分析得到以下结论：
（1） 对结构输入峰值加速度为220gal的ELCentro波和安评波，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；
（2）连梁和框架梁出现弯曲塑性铰，梁端塑性铰在各个楼层分布较为均匀，计算结果显示柱未出现屈服，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；
（3）层间位移角曲线不存在突变的情形；
（4） 综合以上，认为该结构能够满足“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。
七．结构超限的抗震加强措施
（一） 超限情况
（1）房屋高度120.18米，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》4.2.2规定的钢筋混凝土部分框支剪力墙结构房屋最大适用高度A级最大高度100米、B级120米的限值；
（2）本工程首层（二层楼面）设置梁式转换结构，属于竖向抗侧力构件不连续的竖向不规则结构；
（3）标准层在水平地震考虑质量偶然偏心作用下，结构楼层的扭转位移比大于1.2，属于扭转不规则的平面不规则结构；
（4）标准层楼板存在凹凸不规则，属于凹凸不规则的平面不规则结构。
（5）局部穿层柱，属于其它不规则类别。
（二）针对本工程超限情况，采取了以下措施：
（1）采用三个不同力学模型的空间分析程序SATWE、MIDAS GEN、ETABS进行分析计算，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。
（2）采用SATWE软件进行了弹性时程分析，三条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。
（3）对结构在设防烈度地震作用下的分析结果表明，个别框支墙柱需按中震弹性及小震计算结果进行包络设计,可满足中震弹性的抗震性能目标。
（4）用PERFORM-3D进行了结构在大震作用下的弹塑性动力时程分析。
（5）采用ETABS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，可以认为本工程楼板在常遇地震作用下处于弹性状态。
（6）针对结构薄弱部位采取比规范更严格的配筋构造。
八．结论
总之，在超限高层建筑设计中，除应遵守现有技术标准的要求外，还有结构抗震计算分析和结构抗震构造措施等特殊要求。通过以上分析，本超限高层建筑均满足规范的相应规定和本工程抗震设防目标的要求。