超高层住宅设计

超高层住宅设计

刘汉萍

中冶南方武汉建筑设计有限公司430077

摘要：随着社会发展，城市人口越来越多，土地有限，超高层住宅设计很普遍。

关键词：超高层；高宽比；抗侧刚度；超限结构设计；结构抗震措施；

一、建筑高度超过100米、但未超过A级高度的超高层住宅

1.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点的附录一规定，在6度区100米到140米之间的高层住宅高层可不进行超限审查。

2.武汉绿城?黄浦湾B地块10#楼为例

10#楼的大屋面高度为139米，层高3.15米，共43层，1、2层为商铺，标准层为住宅。抗震设防烈度为6度，此类建筑高度风荷载是主要控制指标。

计算有效宽度为13.96米，高宽比H/B=9.94，超出《高规》表3.3.2条中规定数值“6”较多。高宽比和结构经济性密切相关，结构须更多的抗侧刚度来满足计算要求。8#栋有效宽度为15.82米，高宽比H/B=8.77，含钢量为53kg/m2；10#栋含钢量63kg/m2，比8#楼含钢量高不少。

10#建筑Y向山墙的剪力墙尺寸为12.5m，且剪力墙开洞，对Y向剪力墙刚度削弱很大；室内梁不宜做高，建筑功能造成剪力墙不对齐，剪力墙很难形成抗侧小筒体，对传递Y向力起的作用不明显。设计上最外围的连梁高度已经达到1200mm，室内梁只能500mm高；6度区主要是风荷载下位移控制计算指标，山墙400厚墙、X向外围剪力墙300、端部X向剪力墙400到屋面，计算参数才能满足规范要求。

3.超高层住宅结构设计建议

1）有条件的话在结构的四个角部布上剪力墙，围成一个小筒体，对防止结构的扭转效应及位移很有帮助。

2）核心筒的剪力墙可以布置的稍微弱一些，一般会在电梯井周边布置；电梯筒若布置在建筑外，特别要注意加强与主体间的板厚，最好用框架梁将两部分连接起来。

3）由于Y向的高宽比比较大，在不影响建筑功能的前提下Y向尽量布置长墙。

4）山墙尽量少开洞，能做贯通的最好，若开洞，山墙的连梁高度须很高。

5）剪力墙外围墙加厚，内部墙体截面厚度尽量做小，减小对房间空间尺寸的影响。

6）剪力墙墙长≥5米时，宜留置结构洞，可有效防止施工养护及浇筑不到位引起剪力墙开裂。

二、建筑高度超过A级、但未超过B级高度的超高层住宅

1.根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》要求，超过A级高度的建筑须送超限审查。

2.合肥万达广场高层住宅11#楼为例：

11#楼主体结构高度150米，结构类型为全剪力墙结构。场地的地震基本烈度为7度，标准层层高3.15米，地上47层，地下2层；1、2层为商铺，标准层为住宅.

3.超限结构设计步骤

?结合建筑平面图进行结构布置及初步计算

?根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》分析超限情况

?根据客户要求和相关规范确定合理的抗震性能目标

?根据《建筑抗震设计规范》、小区划文件及《工程场地地震安全性评价报告》确定地震作用设计参数

?结构在中、大震作用下的等效弹性计算

?结构在小震作用下的弹性时程分析计算

?结构在小震作用下的的弹性分析

?根据《建筑结构荷载规范》和风洞试验数据结果确定风荷载作用设计参数（通常取大值）

?结构在中、大震作用下的静力弹塑性推覆分析（Pushover-H≤150m）

?通过数据结果描述结构在中、大震作用下的变形和应力状态，判断是否满足既定的抗震性能目标

?根据弹性及弹塑性分析结果采取抗震加强措施

4.抗震性能目标

抗震设计除满足国家、地方规范外，同时根据性能化抗震设计的概念进行设计，住宅结构抗震性能目标一般设定为C类，具体如下：

4.超限措施

1）在小震作用下，结构满足弹性设计要求，根据构件的抗震构造措施等级要求，采用荷载作用设计值、材料强度设计值和抗震承载力调整系数，进行小震阶段的设计。

2）在中震作用下，薄弱部位或重要部位构件允许达到屈服阶段，对结构层间变形进行控制，竖向构件不发生剪切等脆性破坏，以满足性能化设计的要求。

5.结构计算分析

5.1.计算分析内容

1）整体结构小震弹性静力分析

采用PKPM设计软件SATWE，并用ETABS进行对比，互相校核以确定分析模型的准确性。

2）采用SATWE程序进行整体结构小震弹性时程分析

5.2.整体小震弹性分析：结构计算采用两种程序进行对比，互相校核以确定分析模型的准确性。

5.3.弹性时程分析

1）按照现行规范要求，采用SATWE进行了动力弹性时程分析计算

2）X、Y向各三条波中每一条的基底剪力都大于反应谱法基底剪力的65%，平均基底剪力大于反应谱法基底剪力的80%，满足规范对时程分析地震波的要求。

3）小震作用下整体结构及所有结构构件满足规范要求，即能够实现小震性能水准。

5.4舒适度要求

高度超过150m的高层建筑结构应满足舒适度要求，按现行《建筑结构荷载规范》规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度αmax不应超过相应限值：

5.5结构弹塑性静力分析

中、大震作用下采用MIDAS进行结构静力弹塑性分析（Pushover分析），在MIDAS/Gen中使用ATC-40（1996）和FEMA-273（1997）中提供的能力谱法评价结构的抗震性能。水平推覆力分布采用模态分布、风荷载分布、常量加速度分布三种形式，通过Pushover法建立结构的能力谱，由规范反应谱变换为结构中、大震作用下的需求谱，找出结构性能点。

中震作用下进行构件性能铰分析，允许个别部位出性能铰，根据结构根据塑性铰所处的状态，判断结构构件是否满足设定的抗震性能水准。

在大震作用下，根据性能点时的结构变形，对以下两个方面进行评价：

1）层间位移角是否满足抗震规范规定的弹塑性层间位移角限值

2）由结构塑性铰的分布，判定结构薄弱位置。根据塑性铰所处的状态，检验结构构件是否满足大震作用性能水准的要求

Pushover结果：

能力谱曲线较为平滑，位移与基底剪力基本呈线性递增；曲线在设定位移范围内未出现下降段，表明本工程在抗倒塌能力上有较大余地。

结构竖向规则，刚度均匀变化。中震性能点处结构弹塑性层间位移角均小于规范限值1/500，大震性能点处结构弹塑性层间位移角均小于规范限值1/120，满足性能目标设定要求。

6.结构抗震措施

本工程为B级高度的钢筋砼结构，结构高宽比较大，抗侧刚度较弱，水平位移较大，结构设计除满足计算要求外，加强措施如下：

1）对小墙肢剪力墙加大截面，并加强配筋。

2）适当加强端部剪力墙、底部加强区剪力墙配筋。

3）适当加强底部三层、大屋面层楼板厚度，提高抗温度变形能力和结构整体性。

4）底部三层和大屋面剪力墙设暗梁，底部3层、顶部3层楼盖梁设计配筋量增加10%以上等措施，提高结构延性、对抗竖向温差、徐变变形能力。