超高层住宅项目结构设计常见问题分析与对策

发表时间：2020-07-03T08:38:25.605Z 来源：《防护工程》2020年8期 作者： 黄志平

[导读] 当前国内城市出现越来越多超高层住宅项目，这类住宅项目或高度超限、或复杂性超限，对项目的结构设计造成诸多难点和不确定性。

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摘要：当前国内城市出现越来越多超高层住宅项目，这类住宅项目或高度超限、或复杂性超限，对项目的结构设计造成诸多难点和不确定性。本文从超限工程的判定出发，着重了分析超高层项目合理规避超限项的方法，实现结构抗震性能目标的对策以及基于结构抗震性能分析拟定的加强措施，为超限住宅项目的结构设计提供参考依据。 关键词：超高层；住宅；结构设计；问题；对策 1. 引言

随着我国城市人口的高速增长和社会经济力量的提升，全国各大城市出现大量超高层住宅建筑。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010[1]规定了不同结构体系下钢筋混凝土高层建筑可以适用的最大高度。剪力墙结构由于其较好的抗风、抗震性能，且布置灵活，能够满足住宅特定的功能布局、通风和照明要求，因此在国内超高层住宅项目中得到广泛应用。

超高层住宅结构设计在结构安全适用性、经济合理性和技术先进性上比普通住宅项目要求更为严格。规范规定了当工程超限时应结合结构抗震性能设计方法进行补充分析，且要加强结构的抗震构造措施。然而落实到具体的工程项目中，如何实施仍然是较多结构工程师面对的难题。

2. 超高层住宅项目结构设计难点与对策 2.1超限判定和规避

高层建筑的超限主要分为三类：①高度超出国家现行规范、规程规定；②体型不规则或特别复杂项目；③特殊类超限。《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[2]中明确规定了各类超限判定的详细指标，对于高度超限项目要求进行超限审查。

体型不规则和复杂超限意味着结构布置不合理，为了控制这种先天不足的情况，在设计中通常会采取一定的补强措施，如提高抗震等级和薄弱部位加强处理。如果能做好事前控制，减少不必要的超限项则能有效控制项目结构成本和设计周期[3]。例如：出现平面凹进比例大于相应边长30%时，可建议建筑在凹口位置增设拉梁板；出现楼板有效宽度小于该层典型楼板宽度的50%时，可建议建筑避免在内天井处开大洞口；地库和单体错层造成楼板不连续时，可建议建筑专业降低单体正负零标高，控制单体和地库高差在1.2m范围内；若出现结构平面整体收进，则应将收进比例尽可能控制在25%范围内。 2.2 抗震性能目标的选择与实现

抗震性能设计以现有的抗震科学水平和经济条件为设计依据，一般需要综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的不规则程度和类型、建造费用、震后的各种损失及修复难度等等因素[4]。结构设计通常提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”抗震设计理念属于抗震性能设计中最基本的要求。

不同抗震性能目标下的结构整体分析会采用不同的方法。随着计算机数值计算能力的发展，现有的结构分析软件基本都能实现对结构的弹性分析。超限工程项目要求除应采用振型分解反应谱法对结构进行整体分析外，还应用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充分析，选取两者中较大的计算结果。

对于关键构件在中震和大震情况下发生损坏但仍具有部分承载能力的结构，应进行结构的非线性弹塑性时程分析。由于钢筋混凝土材料弹塑性本构模型相比线弹性模型更为复杂，且缺少强震记录，《广东高规》[5]对构件弹塑性公式简化为等效线弹性有限元计算，较大程度提高了计算机分析的速度，为结构的性能化设计提供另一种有效途径。

超限住宅项目的弹塑性分析是一个高度非线性问题，包括三个方面的非线性：①材料非线性；②几何非线性；③边界非线性（状态非线性）[4]。整个分析过程数据庞大，涉及的方面包括静力弹性的建模与分析；地震波、动力方程的数值积分、阻尼等动力计算。基于深入的弹性和弹塑性分析，找出结构的需要加强的薄弱部位和关键部位，为结构的大震性能和可靠性分析提供有效依据。 2.3 超限的加强措施

有些项目的不规则性和复杂程度无法避免，在做好抗震性能设计的同时，需对结构重要部位和薄弱位置采取针对性的构造加强措施。

超高层住宅项目往往在房间进深方向布置较多的墙体，而开间方向由于阳台和门窗的需要，墙体较少，使其承担了较多的地震剪力，因此有必要提高底部加强区开间方向墙肢的抗震等级。端部山墙能有效控制结构整体的扭转效应，可针对端部山墙全楼提高其水平和竖向钢筋配筋率。底部加强区竖向构件需结合小震配筋与中震计算结果包络设计，以加强关键构件的抗震水平。

此外，为确保剪力墙的延性，可加大剪力墙约束边缘构件范围，将约束边缘构件上的过渡层全部定义为约束边缘层。在进行结构整体分析时从严控制其剪力墙底部加强区的轴压比。严格控制首层剪力墙有害位移角和楼层加速度，以满足楼层舒适度要求。

其他加强措施如对错层部位或偏心较大部位采取加腋措施；补充楼板应力分析，按照分析结果对楼板和周边梁补强，楼板采用双层双向配筋，并提高其配筋率要求；对周边梁设置足够数量的贯通钢筋，加强抗扭钢筋的布置等。 3. 结语

超高层住宅要求在结构设计中充分利用概念设计方法，依据结构传力途径和破坏程度分等级设定性能目标，在抗震设计中采取弹性、等效弹性、弹塑性分析计算方法。根据分析结果，对结构关键构件和薄弱部位进行适当加强，除保证结构在多遇地震下完全处于弹性工作状态外，还确保关键构件在设防地震和罕遇地震下发挥充足的性能。 参考文献：

[1] JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程 [S] .

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 住房城乡建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知 建质[2015]67号. http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201505/t20150528_220992.html

[3] 李文平.建筑结构优化设计方法及案例分析[M] . 北京：中国建筑工业出版社，2016. [4] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M] . 北京：中国建筑工业出版社，2012. [5] DBJ15-92-2013高层建筑混凝土结构技术规程 [S] .

作者简介：黄志平，1991年10月，男，湖北宜昌，硕士研究生，初级工程师，主要从事建筑结构设计工作。