关于高层超限结构设计分析案例

陈伟

摘要：随着社会的生产及需求，高层建筑越来常见。近年来业主的需求多样化，对建筑物外立面有独特要求，导致越来越多的高层超限建筑物出现。因超限建筑对结构的敏感性，因此需要对超限结构进行专项的超限审查，从而把控高层超限结构的可行性、可靠性、安全性及经济性。所以要求设计人员能够高层超限结构有充分的分析和设计能力。

关键词：高层超限建筑；超限审查；超限结构设计

　 引言：

   本案例为广州市增城区一高层超限结构建筑物，抗震烈度6度。地下1层，地上18层，建筑高度98m；X向62m，Y向43m。建筑11层开始竖向往Y向收进22.2m。竖向超限，需要对本高层结构进行高层超限分析设计，如图1。

一、超限分析

本项目采用框架-剪力墙结构，最高高度98m小于《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的130m[1]，不超限。

表1：同时具有下列三项及三项以上不规则的高层建筑工程

序	不规则类型	简要涵义	备注	是否超限
1a	扭转不规则	考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2	参见GB50011-3.4.3	无
1b	偏心布置	偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长15%	参见JGJ99-3.2.2	无
2a	凹凸不规则	平面凹凸尺寸大于相应边长30%等[2]	参见GB50011-3.4.3	无
2b	组合平面	细腰形或角部重叠形	参见JGJ3-3.4.3	无
3	楼板不连续	有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高	参见GB50011-3.4.3	无
4a	刚度突变	相邻层刚度变化大于70%(按高规考虑层高修正时，数值相应调整)或连续三层变化大于80%	参见GB50011-3.4.3, JGJ3-3.5.2	无
4b	尺寸突变	竖向构件收进位置高于结构高度20%且收进大于25%,或外挑大于10%和4m,多塔	参见JGJ3-3.5.5	无
5	构件间断	上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类	参见GB50011-3.4.3	无
6	承载力突变	相邻层受剪承载力变化大于80%	参见GB50011-3.4.3	无
7	局部不规则	如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换，或个别楼层扭转位移比略大于1.2等	已计入1~6项者除外	无

表2：具有下列2项或同时具有下表和表2中某项不规则的高层建筑工程

序	不规则类型	简要涵义	备注	是否超限
1	扭转偏大	裙房以上的较多楼层考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4	表二之1项不重复计算	无
2	抗扭刚度弱	扭转周期比大于0.9, 超过A级高度的结构扭转周期比大于0.85		无
序	不规则类型	简要涵义	备注	是否超限
3	层刚度偏小	本层侧向刚度小于相邻上层的50%	表二之4a项不重复计算	无
4	塔楼偏置	单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%	表二之4b项不重复计算	超限（不重复计算表二之4b项）

表3：具有下列某一项不规则的高层建筑工程

序	不规则类型	简要涵义	是否超限
1	高位转换	框支墙体的转换构件位置：7度超过5层，8度超过3层	无
2	厚板转换	7~9度设防的厚板转换结构	无
3	复杂连接	各部分层数、刚度、布置不同的错层，连体两端塔楼高度、体型或沿大底盘某个主轴方向的振动周期显著不同的结构	无
4	多重复杂	结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔等复杂类型的3种	无

注：仅前后错层或左右错层属于表3中的一项不规则，多数楼层同时前后、左右错层属于本表的复杂连接。

表5：其他高层建筑工程

序	简称	简要涵义	是否超限
1	特殊类型高层建筑	抗震规范、高层混凝土结构规程和高层钢结构规程暂未列入的其他高层建筑结构，特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑结构，特大跨度的连体结构等	无
2	大跨屋盖建筑	空间网格结构或索结构的跨度大于120m或悬挑长度大于40m，钢筋混凝土薄壳跨度大于60m，整体张拉式膜结构跨度大于60m，屋盖结构单元的长度大于300m，屋盖结构形式为常用空间结构形式的多重组合、杂交组合以及屋盖形体特别复杂的大型公共建筑[3]	无

    注：表中大型公共建筑的范围，可参见《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223。

根据上述超限分析，能得出本高层建筑的判定结果为非超限高层建筑。

二、结构模型整体参数分析

本高层结构用盈建科建筑结构设计软件V2022[4.3.0]版本建模分析。

1.根据分析结果本高层结构扭转周期位于第三振型号，X向及Y向平动振型参与质量系数总计均大于90%，满足高层平动参数要求。

2.根据软件对位移分析得出本高层X向最大层间位移角为1/3268；最大层间位移与平均层间位移的比值为1.19；Y向最大层间位移角为1/1545；最大层间位移与平均层间位移的比值为1.10。X、Y向均满足基本高层位移参数要求。

3. 根据软件对倾覆力矩及0.2V0调整分析得规定水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值为50.7%[1]，符合规范要求按框架-剪力墙结构进行设计。

结束语：

　　高层建筑超限分析的重要性、严谨性日益明显，需要设计人员在分析高层超限判定时需从建筑物结构外观、软件结构分析参数中同时分析、判定是否为超限结构，从而达到设计的严谨，保证结构的稳定、安全。

参考文献：

[1]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[S].中华人民共和国行业标准,JGJ 3-2010.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计规范[S].中华人民共和国国家标准,GB 50011-2010(2016版).

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程抗震设防分类标准[S].中华人民共和国国家标准,GB 50223-2008.