超高层住宅剪力墙结构抗震性能化设计

[摘要]本工程为超高层住宅项目，建筑高度147.6米，采用钢筋混凝土剪力墙结构，综合考虑结构体系特点及分析结果，主楼结构抗震性能目标为D级；对该超高层建筑进行了整体结构弹性计算，弹性动力时程分析和静力弹塑性分析，重点阐述了对于超高层住宅项目的设计思路、常见问题以及应采取的技术措施。

[关键词] 超高层；住宅；性能化设计；关键构件；时程分析；静力弹塑性分析

1 工程概况：

本工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级；基本风压为0.35KN/m2，本工程对风荷载较敏感，承载力设计时按基本风压的1.1倍采用，风载体系系数取1.4。建筑场地类别为II类，抗震设防烈度为7度，特征周期Tg=0.35s，阻尼比取0.05；地下室顶板作为上部结构的嵌固端。

2 结构体系与布置

3 超限情况与抗震性能目标

根据高规、抗规和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的有关规定本工程高度超过120米，为高度超限；一般不规则超限仅有一项，主要是门厅部位楼板有效宽度小于50%。针对超限情况对本工程进行了抗震性能化设计，对重要部位的构件有针对性的设置适当的抗震性能目标，针对不同部位的构件设定其在小震、中震、大震下性能目标如下。

1）小震：要求结构整体完好、无损坏，所有构件为弹性；最大层间位移角限值小于1/1000。

2）中震：对于底部加强区墙肢（关键构件）要求满足受弯不屈服，受剪弹性；底层门厅位置的跨层墙要求中震弹性；普通竖向构件要求不屈服；连梁、框架梁要求屈服不超过50%；中震下结构最大层间位移角限值小于1/350。

3）大震：对于底部加强区墙肢（关键构件）要求满足受剪不屈服，受弯屈服不超过10%；底层跨层墙要求不屈服；普通竖向构件要求受弯屈服不超过50%，受剪截面满足截面限值条件；结构弹塑性最大层间位移角限值小于1/135。

4 结构弹性分析

1）结构弹性分析分别采用SATWE和PMSAP软件进行。弹性分析采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法并考虑偶然偏心的影响。分析结果表明两中软件计算的自振周期、结构总质量和基底总剪力结果相差均小于3%，说明两种模型分析结果基本一致且第一扭转周期与第一平动周期之比小于0.85，有效质量参与系数大于95%；楼层层间最大位移与层高之比△u/h为1/1547，均满足高规要求。

3）超高层建筑控制刚重比对结构整体p-△效应和整体稳定性起着十分重要的作用，本工程X向和Y向刚重比分别为6.98和4.85，均大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。

5 中震构件承载力验算

对关键构件、普通竖向构件和耗能构件均进行了中震弹性和中震不屈服验算，通过调整构件的配筋进行承载力复核，使所有构件均满足设定的性能目标。嵌固层至5层在建筑沿纵向外边缘墙肢在中震下出现了拉应力，但拉应力均小于砼抗拉强度标准值，本工程对于出现拉应力的墙肢采取附加竖向钢筋以抵消受拉墙肢的拉力，同时受拉墙肢的抗震等级按特一级进行设计。

6 大震静力弹塑性分析

本工程采用静力弹塑性（Pushover）分析，用以评估结构在罕遇地震作用下的抗震性能，静力侧向荷载采用“CQC地震力”模式并同时补充“倒三角形”层剪力的加载模式对比复核。计算结果表明，在Pushover推覆过程中，当推覆荷载相当于7度设防的多遇地震荷载作用下时结构无屈服情况出现，这也验证了小震不坏的抗震设防要求。当推覆荷载接近7度设防烈度地震作用下，结构也基本处于弹性状态，竖向受力构件均未屈服，仅部分楼层的连梁和框架梁开始屈服参与结构整体塑性耗能，但屈服程度不深。推覆荷载过中震后外侧剪力墙开始出现受拉损伤，当荷载达到7度罕遇地震作用力时加强区少数剪力墙开始进入受拉屈服状态，但整个过程墙肢未出现受压损伤；非加强区剪力墙仅顶部个别墙肢进入屈服状态。在结构塑性屈服过程中剪力墙的屈服时间明显

7 结论

在结构设计的过程中，对于超限高层建筑的计算分析不仅应用两种软件对小震下的整体结构进行力对比分析，保证力学分析结构的可靠性。还要根据结构自身的特性设定适当的性能目标，并对结构构件进行小、中、大震下的复核计算，对于大震计算，为真实反映结构进入塑性状态下的抗震性能，应采用弹塑性软件进行分析，确保结构在地震作用下的安全性。该工程已于2013年7月通过竣工验收，目前工程已正式投入使用一年多，效果良好，达到了预期的设计要求。