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摘要：本文作者根据多年来的工作经验，对超高层商住楼结构设计进行了分析，具有一定的参考意义。
[关键词]超高层建筑结构设计；部分框支-剪力墙结构；高位转换
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
0.引言
我国人多地少，土地资源有限对居住的高容积率要求迫切。随着城市化进程的加快，大量人口涌入城市，城市住宅的需求量不断增加，相比水平方向上无限制延伸，城市中心的高容积率应是更适宜的建设策略。中国的城市规划不能一味的向西方的郊区化模式学习，而是要建设符合中国目前状况的集约化住宅，使住宅建设符合我国大城市的可持续发展性道路。由于土地稀缺，城市住宅问题难以得到迅速解决，为了能够对土地进行合理的开发建设，政府部门更为重视节地的建设政策。对于开发商而言，在寸土寸金的城市中心区，高层住宅己经无法满足其对利润最大化的追求。而同时，技术的发展己经较为成熟，能够解决超高层住宅的竖向高度所带来的相关技术问题，这就促使了超高层住宅开始大量建设的发展背景。本文对超高层商住楼结构设计进行了分析。
1工程概况
该工程位于某体育路西面、体育场北面，是集商业、居住为一体的综合性建筑。地下二层，地上 A 栋主体结构高度178.5m，共 57 层，一～三层为商场，四层为结构转换层，五层以上均为住宅。本工程于 2009 年初完成施工图设计，目前已投入使用阶段。综合建筑功能、结构安全、经济等因素，本工程实施阶段采用了部分框支-剪力墙结构体系，在四层设置了结构转换层。底部结构体系主要由电梯核心筒及周边框支柱组成，框支柱截面尺寸在1200x1200～1500x1500 之间，柱距在 5～8.5m，转换层以上主要为剪力墙结构体系，转化层结构形式采用现浇钢筋混凝土梁式结构，楼板采用普通钢筋混凝土现浇结构。图 1、2 分别为结构转换层及标准层结构布置图。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，本工程属于 B 级高度建筑，在框支梁布置上主要采用框支主梁转换，避免主、次梁转换多次传力，确保转换结构传力明确、直接。为保证水平力传递的整体性和可靠性，转换层及其上下层楼板厚度不小于 150mm，标准层电梯核心筒内及其周边楼板不小于 150mm，局部根据楼板应力分析予以加厚加强。
2 结构超限及性能目标
2.1 超限情况
参照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010) 、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）[1]，本工程主要有以下 3项属于超限设计：1）结构高度超 B 级高度，超过规范限值约 27.55%；2）五层楼面竖向剪力墙不连续，属于带框支转换的复杂高层；3）存在楼板平面局部不连续。
2.2 性能目标
考虑结构的重要性和超限程度，按照性能化设计思想，对主要结构构件提出以下性能设计目标，见表 1。
3 结构计算分析
3.1 多遇地震及风荷载作用下整体分析
工程整体分析主要采用了 SATWE 和 ETABS 程序。结构计算考虑偶然偏心地震作用、扭转耦连、重力二阶效应、施工模拟。结构嵌固端取在地下室顶板处。转换层及其上、下层楼面采用弹性膜计算，考虑面内刚度，其余采用刚性楼板假定，结构阻尼比取 0.05。风荷载作用重现期为 50 年时，基本风压 W0=0.30kN/m2；重现期为 100 年时，W0=0.35kN/m2；地面粗糙度类别为 C 类；风载体型系数：1.4。本工程属丙类建筑，属于 6 度设防区，设计地震基本加速度为0.05g，场地类别为Ⅱ类，地震分组为第一组。根据两个不同软件的分析结果，可以看出两个不同核心软件计算结果较为接近，说明计算分析结果可信。从计算结果可知，虽然本工程存在竖向构件不连续不规则，但不存在楼层刚度突变和抗剪承载力突变情况，即不存在明显的软弱层和薄弱层。结构两个方向的周期较为接近，扭转周期和第一平动周期比小于 0.85 的要求，剪重比分布合理，刚重比符合稳定要求，需考虑 P-Δ 效应。地震作用和风荷载作用下的层间位移角均满足规范限值要求。计算分析表明，本工程的结构布置及截面选择构件截面取值合理，结构体系选择恰当。
3.2 设防地震下作用分析
采用 SATWE 进行中震不屈服验算，抗震承载力调整系数取 1.0，荷载分项系数取 1.0，风荷载组合系数 0.2，材料强度取标准值，按反应谱法计算，判定地震作用标准组合效应是否大于按材料强度标准值计算的抗震承载力，若 SK≤RK，即为构件在该地震作用下不屈服。计算表明，墙、柱在中震下均未屈服，转换梁未屈服，所有楼层梁均未受剪屈服，25~40 局部楼层有框架梁受弯屈服，说明结构满足上述中震设防性能目标要求。
3.3 罕遇地震下作用下结构变形验算
采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层结构弹塑性动力分析软件 EPDA 进行弹塑性分析。钢筋及混凝土材料采用标准值，考虑重力荷载代表值及 P-Δ 效应的影响。结构最大变形远小于规范限值要求，由于本工程位于 6 度区，其罕遇地震强度仅相当于 7 度中震水平，在采取适当提高的抗震措施（如底部加强区墙体及框支柱抗震提高为特一级等）后，罕遇地震作用不会致使结构刚度严重退化，结构实际上还主要是对强度的需求，延性变形不起控制作用。
4 针对超限情况采取的技术措施
针对上述情况，结构设计采取了下述主要措施：
4.1 采用两个不同力学模型的空间结构分析软件 SATWE 和ETABS 进行计算，考虑扭转耦联、偶然偏心地震作用、重力二阶效应及施工模拟，对关键构件如加强区落地剪力墙、框支柱、转换梁及关键层连梁等采用两个软件计算结果的包络值进行设计。
4.2 采用合理的抗侧力结构布置，避免结构层抗侧刚度突变和抗剪承载力突变。
4.3 底部加强区范围内落地剪力墙及框支柱在罕遇地震下的延性和承載力富余是保证结构安全性的关键，为保证上述构件有足够的承载力储备，转换层以下墙柱混凝土强度等级用 C60，并控制底部加强区剪力墙轴压比在 0.5 以下，框支柱的轴压比在 0.6 以下。
5 结语
本工程为超限高层，有 3 项不规则超限。通过对结构布置进行多次优化调整，对关键构件在计算及构造措施上作适当加强，使其具有良好的抗震性能。计算结果表明，结构能够满足竖向荷载承载的需求，常遇地震作用下层间位移角、侧向刚度规则性、扭转规则性均符合规范要求，保证了小震下结构的性能水准：震后完好，处于弹性状态，无损伤。采用 SATWE 对结构进行设防烈度地震作用下计算，以满足中震性能水准：重要构件不屈服，所有构件不发生剪切破坏的抗震性能目标；采用 EPDA 对结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，计算结果表明，结构在罕遇地震下满足第三水准“大震不倒”的设防要求。因此，本结构设计上是可行、安全且经济的。
参考文献
[1]深圳大学建筑结构研究中心,卡塔尔某超高层建筑结构设计研究综述报告[R],2006(英文版).
[2]第十九届全国高层建筑结构学术交流会论文集[C],中国建筑科学研究院,2006.
[3]徐培福,复杂高层建筑结构设计[M],中国建筑工业出版社,2005-02.
[4]龚耀清,包世华,超高层建筑空间巨型框架的稳定计算[J],工程力学,Dec·2004,21(6):36-40.
[5]傅学怡,高层及超高层钢筋混凝土结构的徐变影响分析[J],深圳大学学报理工版,Oct·2006,23(4):283-290.
[6] Ravikumar Shama Savita Maru, Nagpal A K,钢筋混凝土框架结构徐变与收缩效应的简化过程[J],工程力学, 2004 130(10):1545-1550(英文版).
[7]罗小华,超高层建筑结构竖向变形估算[J],结构工程师,Dec·2004,Vol 20,No·6:30-33
[关键词]超高层建筑结构设计；部分框支-剪力墙结构；高位转换
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
0.引言
我国人多地少，土地资源有限对居住的高容积率要求迫切。随着城市化进程的加快，大量人口涌入城市，城市住宅的需求量不断增加，相比水平方向上无限制延伸，城市中心的高容积率应是更适宜的建设策略。中国的城市规划不能一味的向西方的郊区化模式学习，而是要建设符合中国目前状况的集约化住宅，使住宅建设符合我国大城市的可持续发展性道路。由于土地稀缺，城市住宅问题难以得到迅速解决，为了能够对土地进行合理的开发建设，政府部门更为重视节地的建设政策。对于开发商而言，在寸土寸金的城市中心区，高层住宅己经无法满足其对利润最大化的追求。而同时，技术的发展己经较为成熟，能够解决超高层住宅的竖向高度所带来的相关技术问题，这就促使了超高层住宅开始大量建设的发展背景。本文对超高层商住楼结构设计进行了分析。
1工程概况
该工程位于某体育路西面、体育场北面，是集商业、居住为一体的综合性建筑。地下二层，地上 A 栋主体结构高度178.5m，共 57 层，一～三层为商场，四层为结构转换层，五层以上均为住宅。本工程于 2009 年初完成施工图设计，目前已投入使用阶段。综合建筑功能、结构安全、经济等因素，本工程实施阶段采用了部分框支-剪力墙结构体系，在四层设置了结构转换层。底部结构体系主要由电梯核心筒及周边框支柱组成，框支柱截面尺寸在1200x1200～1500x1500 之间，柱距在 5～8.5m，转换层以上主要为剪力墙结构体系，转化层结构形式采用现浇钢筋混凝土梁式结构，楼板采用普通钢筋混凝土现浇结构。图 1、2 分别为结构转换层及标准层结构布置图。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，本工程属于 B 级高度建筑，在框支梁布置上主要采用框支主梁转换，避免主、次梁转换多次传力，确保转换结构传力明确、直接。为保证水平力传递的整体性和可靠性，转换层及其上下层楼板厚度不小于 150mm，标准层电梯核心筒内及其周边楼板不小于 150mm，局部根据楼板应力分析予以加厚加强。
2 结构超限及性能目标
2.1 超限情况
参照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010) 、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）[1]，本工程主要有以下 3项属于超限设计：1）结构高度超 B 级高度，超过规范限值约 27.55%；2）五层楼面竖向剪力墙不连续，属于带框支转换的复杂高层；3）存在楼板平面局部不连续。
2.2 性能目标
考虑结构的重要性和超限程度，按照性能化设计思想，对主要结构构件提出以下性能设计目标，见表 1。
3 结构计算分析
3.1 多遇地震及风荷载作用下整体分析
工程整体分析主要采用了 SATWE 和 ETABS 程序。结构计算考虑偶然偏心地震作用、扭转耦连、重力二阶效应、施工模拟。结构嵌固端取在地下室顶板处。转换层及其上、下层楼面采用弹性膜计算，考虑面内刚度，其余采用刚性楼板假定，结构阻尼比取 0.05。风荷载作用重现期为 50 年时，基本风压 W0=0.30kN/m2；重现期为 100 年时，W0=0.35kN/m2；地面粗糙度类别为 C 类；风载体型系数：1.4。本工程属丙类建筑，属于 6 度设防区，设计地震基本加速度为0.05g，场地类别为Ⅱ类，地震分组为第一组。根据两个不同软件的分析结果，可以看出两个不同核心软件计算结果较为接近，说明计算分析结果可信。从计算结果可知，虽然本工程存在竖向构件不连续不规则，但不存在楼层刚度突变和抗剪承载力突变情况，即不存在明显的软弱层和薄弱层。结构两个方向的周期较为接近，扭转周期和第一平动周期比小于 0.85 的要求，剪重比分布合理，刚重比符合稳定要求，需考虑 P-Δ 效应。地震作用和风荷载作用下的层间位移角均满足规范限值要求。计算分析表明，本工程的结构布置及截面选择构件截面取值合理，结构体系选择恰当。
3.2 设防地震下作用分析
采用 SATWE 进行中震不屈服验算，抗震承载力调整系数取 1.0，荷载分项系数取 1.0，风荷载组合系数 0.2，材料强度取标准值，按反应谱法计算，判定地震作用标准组合效应是否大于按材料强度标准值计算的抗震承载力，若 SK≤RK，即为构件在该地震作用下不屈服。计算表明，墙、柱在中震下均未屈服，转换梁未屈服，所有楼层梁均未受剪屈服，25~40 局部楼层有框架梁受弯屈服，说明结构满足上述中震设防性能目标要求。
3.3 罕遇地震下作用下结构变形验算
采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层结构弹塑性动力分析软件 EPDA 进行弹塑性分析。钢筋及混凝土材料采用标准值，考虑重力荷载代表值及 P-Δ 效应的影响。结构最大变形远小于规范限值要求，由于本工程位于 6 度区，其罕遇地震强度仅相当于 7 度中震水平，在采取适当提高的抗震措施（如底部加强区墙体及框支柱抗震提高为特一级等）后，罕遇地震作用不会致使结构刚度严重退化，结构实际上还主要是对强度的需求，延性变形不起控制作用。
4 针对超限情况采取的技术措施
针对上述情况，结构设计采取了下述主要措施：
4.1 采用两个不同力学模型的空间结构分析软件 SATWE 和ETABS 进行计算，考虑扭转耦联、偶然偏心地震作用、重力二阶效应及施工模拟，对关键构件如加强区落地剪力墙、框支柱、转换梁及关键层连梁等采用两个软件计算结果的包络值进行设计。
4.2 采用合理的抗侧力结构布置，避免结构层抗侧刚度突变和抗剪承载力突变。
4.3 底部加强区范围内落地剪力墙及框支柱在罕遇地震下的延性和承載力富余是保证结构安全性的关键，为保证上述构件有足够的承载力储备，转换层以下墙柱混凝土强度等级用 C60，并控制底部加强区剪力墙轴压比在 0.5 以下，框支柱的轴压比在 0.6 以下。
5 结语
本工程为超限高层，有 3 项不规则超限。通过对结构布置进行多次优化调整，对关键构件在计算及构造措施上作适当加强，使其具有良好的抗震性能。计算结果表明，结构能够满足竖向荷载承载的需求，常遇地震作用下层间位移角、侧向刚度规则性、扭转规则性均符合规范要求，保证了小震下结构的性能水准：震后完好，处于弹性状态，无损伤。采用 SATWE 对结构进行设防烈度地震作用下计算，以满足中震性能水准：重要构件不屈服，所有构件不发生剪切破坏的抗震性能目标；采用 EPDA 对结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，计算结果表明，结构在罕遇地震下满足第三水准“大震不倒”的设防要求。因此，本结构设计上是可行、安全且经济的。
参考文献
[1]深圳大学建筑结构研究中心,卡塔尔某超高层建筑结构设计研究综述报告[R],2006(英文版).
[2]第十九届全国高层建筑结构学术交流会论文集[C],中国建筑科学研究院,2006.
[3]徐培福,复杂高层建筑结构设计[M],中国建筑工业出版社,2005-02.
[4]龚耀清,包世华,超高层建筑空间巨型框架的稳定计算[J],工程力学,Dec·2004,21(6):36-40.
[5]傅学怡,高层及超高层钢筋混凝土结构的徐变影响分析[J],深圳大学学报理工版,Oct·2006,23(4):283-290.
[6] Ravikumar Shama Savita Maru, Nagpal A K,钢筋混凝土框架结构徐变与收缩效应的简化过程[J],工程力学, 2004 130(10):1545-1550(英文版).
[7]罗小华,超高层建筑结构竖向变形估算[J],结构工程师,Dec·2004,Vol 20,No·6:30-33