某超限高层的结构分析设计

简介： 通过对某超限高层的结构分析设计，给出超限高层的一般结构分析设计过程，是平面不规则超限还是竖向不规则超限以及相应的结构构造措施。超限高层一般需进行弹性时程分析以揭示结构是否有薄弱层。其分析设计过程可供其他超限高层的结构设计作参考。
关键字：超限高层 结构分析 弹性时程分析 不规则 弹性楼板 构造措施
1 工程概况
　　该高层为广西医科大学图书馆二期工程，建设地点位于南宁市双拥路广西医科大学中央教学区内。最高层数11层，地下1层，总用地面积19889.8m2，建筑总面积35585.7m2。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，设计特征周期为0.35s，水平地震影响系数最大值为0.04，场地类别为II类。
　　本工程主楼主体高度为47.7m，在A级设计限值以内，故抗震设防类别为A级高度丙类。结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，地面粗糙度为B类，基本风压按50年一遇取值。地基基础设计等级为乙级，地下室防水等级为二级。
　　根据建筑物的平面形状及功能要求，本工程采用了二道抗震缝将建筑物从地下室顶板面起分为三幢单体，缝宽均满足规范要求。地下室作为三幢单体的嵌固层，这样三幢单体可以独立计算地震作用而不需作为复杂高层大底盘多塔楼模型考虑。一幢单体为3层多功能演讲厅，一幢为6层楼图书馆，总高度小于22.5米，该两幢单体均不属于高层范畴，故在此不予以分析。
2 规则性分析
　　中间1幢单体为11层47.7m高的主体，其结构体系为框架—剪力墙结构。天面构架出屋面7.65m。剪力墙与框架部分的抗震等级分别为三级和四级。下面分析该主体结构的规则性。
1）、平面规则性分析
　　该主体平面布置为T型，突出部分长度t与总宽度之比大于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.3.3条规定的0.35。， ，高宽比为。该平面布置的突出部分太多，大于0.35，属于平面不规则。平面形状尺寸见右图1。


图1  平面形状简图
　　二、三、四层有中庭及楼梯开洞，开洞面积比率为15%，小于《高规》4.3.6条规定的35%，楼板在开洞处的净宽度为9.2m>5m，且开洞后的最小楼板净宽为4.3m>2m。均满足《高规》4.3.6条规定，但在设计中予以弹性楼板补充计算及采取构造措施加强开洞处附近梁板。
2）、竖向规则性分析
　　在4~6层平面逐层收进，收进后的，大于《高规》4.4.5条的75%，收进后的面积比收进前的为75.3%，满足《高规》4.4.2条，综合判断为竖向规则。
3）、结构布置
　　根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程属于高度不超过规定，但建筑结构布置属于《抗震规范》、《高规》规定的高层建筑工程。为一项平面不规则，竖向规则结构体系。
　　该超限单体采用电梯间，楼梯间等垂直交通通道形成的相对集中的剪力墙筒作为结构体系的主要抗侧力构件，通过加设抗震剪力墙来调整整个结构的抗侧刚度，使用周期，位移满足规范要求。
3、结构分析及主要结果
　　结构整体计算采用中国建筑科学研究院开发的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）及PMSAP（广义墙元模型）两个相互独立的可资相互对比的高层结构分析软件进行，计算时均考虑偶然偏心，地震作用下的扭转影响，用SATWE进行结构的弹性动力时程分析。图书库的活荷载较大，故考虑活荷载不利布置影响。周期折减系数为0.75，结构的阻尼比为0.05。
　　主要计算结果如下。
1）、周期
⑴ SATWE计算
　　以扭转为主的第一自振周期Tt（T3）与以平动为主的第一周期之比为：
　　X向：，Y向：，满足《高规》4.3.5条。说明结构已经具有足够的抗扭刚度。
⑵ PMSAP计算
　　X向：，Y向：，与SATWE计算结果相近。
2）、基底剪力
⑴ SATWE计算
　　活荷载产生的总质量（t）：7411.915t，恒荷载产生的总质量（t）：46104.063t，结构的总质量（t）：53515.977t。其他结果见表1。
表1   主要计算结果表
               
X向  
Y向
剪重比
1.20%(>0.80%)
1.04%(>0.80%)
振型有效质量系数
93.20%(>90%)
92.82%(>90%)
基底剪力(kN)
4435.73
3826.15