超高层结构设计与优化.docx

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1、超高层结构设计与优化摘要：超高层项目的抗震设计应采取严格的技术措施以保证其结构安全。本文结合中国邮政储蓄银行项目设计，对复杂超高层的抗震分析，弹塑性时程分析及性能设计的有关内容进行了综述并针对项目设计中出现的问题进行了合理优化与处理。关键词：超高层建筑抗震设计；连梁超筋调整;优化设计随着社会经济的快速发展，工程中复杂的多层、高层以及超高层建筑体系越来越多。中国邮政储蓄银行营运中心高度126.9,属于超高层建筑。在设计过程中首先要在满足建筑功能及抗震性能的前提下选择切实可行的结构类型（营运中心采用框架核心筒），以使其具有良好的结构性能。1计算结构体系框架抗震墙结构体系是一种最典型的双重抗侧力体系

2、，抗震墙作为第一道抗震防线，而框架作为第二道防线（框架部分分担的地震剪力达到20%以上），而对于框架核心筒结构体系，重点在于核心筒部分，筒体若失效，整个结构就会倒塌。这是因为核心筒可以承担绝大部分剪力和大部分的倾覆力矩，同时外围框架却只能承担很小部分的地震剪力（约小于15%）和小部分倾覆力矩（约小于40%）。这样会导致框架部分有明显的剪力滞后，不能形成完全意义上的框架抗震墙结构中框架为第二道防线的作用。框架柱与核心筒相比抗侧力刚度太弱，高规把框架核心筒结构的二道防线调整比框架抗震墙结构更严格些。小于10%,应增大到15%,核心筒剪力墙乘以L 1增大系数；大于10%但小于20%,按普通框架剪力墙

3、调整。本工程占10. 19%,所以按框架剪力墙的相应要求进行了调整。2计算结果分析为了保证超高层结构设计的合理性和安全性,规范对复杂结构的计算分析提出了更高的要求。本项工程采取两种计算体系，二者对结构体系指标共同控制，包络设计。该工程利用PKPM进行建模分析，利用SATWE和PMSAP两种分析体系模块进行计算分析，并按规范要求采用SATWE进行弹塑性时程分析。根据高层建筑超限特点，整体结构采用SATWE和PMSAP两个不同力学模型的结构软件进行对比计算分析，对结构进行更详尽的分析:考虑弯扭偶联的影响；偶然偏心的影响；平扭周期分析；层间位移角分析;楼层刚度比分析；层间剪重比分析；结构稳定验算等。

4、对竖向刚度突变层次，开洞部位和端跨的楼板采取加强措施，适当增加板厚及梁板配筋率，板采用双层双向配筋。洞口周围框架柱箍筋全长加密，纵筋适当放大，增加芯柱，控制住轴压比。PMSAP与SATWE中以节点对位为前提的经典协调模式不同，PMSAP墙元在子结构边界上引进了与协调性度量泛函相关的广义协调模式,壳元模型假定剪力墙的面内为平面应力状态，面外为板弯曲状态，这与剪力墙的实际情况非常符合。该协调模式导致墙元网格剖分局部化,在分析中易于兼顾协调性、良态的单元形状以及粗细适度的网格尺寸。无论从子结构层次还是优子单元层次，PMSAP墙元与SATWE墙元都迥然不同，属于不同的力学模型。3设计问题的处理3.1

5、连梁超筋调整方法剪力墙结构，框架-剪力墙结构以及框架核心筒结构的设计中,剪力墙连梁超限是经常遇到的问题，也是解决起来比较棘手的问题。对连梁超筋主要有以下几种方法：1）连梁调幅处理;2）减少连梁的截面，主要是降低连梁的截面高度，从而达到减小连梁计算内力的目的，同时加大抗震墙的地震效应设计值;3）连梁较接处理，即假定连梁在大震下破坏，对抗震墙按独立墙肢进行第二次多与地震作用下的结构内力分析，墙肢按两次计算所得较大内力进行配筋设计。本项目采取了如下处理方式：1：通过改变连梁计算截面高度，寻求实际截面连梁的最大抗剪承载力所对应的截面弯矩设计值，及与之相应的抗震墙内力和配筋。2：对抗震墙应进行包络设计，

6、配筋取两次计算结构的较大值。3.2 优化设计在该项目中应用层高直接影响项目的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力，并使水和电气的管线加长。降低层高，可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。本项目原设计两层地下室（机械车库）与三层地下室方案比较,造价方面有如下变动:L为了保证机动车停车数量，如修改为两层地下室，须将原平面停车位修改为机械车位，修改后机械车位约为460辆，机械车位单价约2万元/每个，总计增加投资约920万元。3.3 外因须做三层机械车位（三个平面停车位做三层机械车位可停车7辆），地下室每层层高须增加1.7m,因此修改成地下两层机械库

7、后地下室总埋深比原设计三层地下室仅减少l.7m。土建造价较三层地下室方案减少约900万元。4总结该项目属于复杂超高层项目，结构安全应放在第一位，各项控制指标应严格按照规范要求去处理控制，在结构设计方案初步确定以后,应针对结构的不规则程度，合理选择抗震计算方法。此外优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径，合理的结构设计优化方法应在满足建筑结构长远效益的前提下，尽量减少建筑结构的近期投资以提高建筑结构的可靠度和合理性。参考文献：1张炳华.土建结构优化设计M.上海：同济大学出版社，2022：34-36.2高层建筑混凝土结构技术规程S.中国建筑工业出版社，JGJ3-2022.3王光远.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法M.北京:中国建筑工业出 版社，2022. 42-48.4建筑抗震设计规范设.中国建筑工业出版社，GB50011-2022（2022 年版）.5吴大炜.高层建筑的结构优化设计研究J.四川建筑科学研究，2022.8： 127-129.