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摘要：本文在对超高层建筑物进行抗震设计时，重点着眼于其功能性，保证结构在小震时可以处于弹性阶段，同时还对主要构件在出现中震以及大震时的性能要求给予了补充。此外，文中又将概念设计与各阶段计算程序的分析结果进行了对比，对重要的构件进行加强。除了在竖向荷载以及风荷载作用时确保相关的指标达标以外，其抗震性能也满足了设计要求，即达到C级，故此项工程的结构设计符合相应的安全指标。
关键词：超限高层；刚度突变；抗震性能设计；静力弹塑性
1.工程概况
位于我国南方的某个项目,东面衔接白云大道,西面与岭南现世界以及广州三号北段衔接。该位置形似倒L，占地面积约3.3万m2，建筑总面积达141847.2m2，其中地下室总面积为45760m2。地面以上由塔楼和配套商业用房组成，塔楼共8栋，其编号为1到8号。1号塔楼共43层，总高度为141.250m，塔楼的总建筑面积为17537m2。地下室由车库和设备用房组成，塔楼的首层要架空，其层高为8.95m，2到43层为居民住宅区，层高为3.15m。
2.设计条件和环境
项目所在地50年一遇的风压只能达到0.5kPa，所以设计的主要作用是控制位移；在对建筑的承载力进行设计时，以50年一遇基本风压的1.1倍来设计；据调查，该建筑物所在位置的地面粗糙度类别与C类基本一致，此外，建筑的风荷载体型的系数为1.43。在设计时，该建筑的抗震设防烈度要达到7度，基本地震加速度设计为0.10g，地震设计的分组为第一组，该地区土壤类别为Ⅱ类，其具有特征性的周期值为0.35s。该工程的基准周期应设计为50年，建筑结构的安全等级必须达到二级，将其抗震设防类别归类于丙类。
3.结构体系的概述与相应结构的布置
此项工程1号楼地面以上的高度141.25m。平面外包的尺寸规格是27.4m×17.25m，楼的长宽比为1.68，而该塔楼的高宽比为8.19，对称布置是建筑平面一个最重要的特点，此外，该建筑的结构体系则以钢筋混凝土的剪力墙结构为标准，如图1所示为其标准层结构布置的设计图。在该建筑中，对于每一层的剪力墙混凝土强度都是不同的，在设计时其强度等级以以下要求为标准：-2到8层，其强度等级要达到C50，9到26层要达到C40，27到43层则要达到C30，对其梁板混凝土的等级也有一定的要求，即要达到C30；在设计时，塔楼底部加强区的墙体厚度必须要在350至550mm的范围内，而标准层的墙体厚度则要在250至350mm的范围内；框架梁截面尺寸主要以250mm×1200mm的规格为主，但其框架梁为反梁，除此此外，还可以采用截面尺寸的规格为250(200）mm×600mm或者250(200）mm×500mm的框架梁。
图1：标准层结构布置示意
4.结构抗震性能目标以及超限情况
在JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中有明文规定，在对其性能进行设计时，必须要将建筑物的抗震设防类别以及设防烈度和场地条件作为影响因素考虑进去，除此之外，还要考虑采用结构的特殊性、建造的总费用以及震后相应的损失和修复难易程度等情况，因考虑到以上各种影响因素，故将该结构的抗震性能目标确定为C级。依据超限的相关规定，此项工程中就存在着不符合要求的类型，即首层存在刚度突变的情况，其高度为141.25m，在150m以下,故该高层建筑的高度属于B级高度。
5.结构弹性计算分析
5.1整体计算分析
第一、该结构有合适的自振周期；即第一扭转与第一平动周期的比在0.85以下，
满足相关的规定和要求。第二、楼层的剪重比仅底部四层比规定的最小剪重比还要小，但是要比另外一条规定的最小剪重比大约85%。此外，其剪重比还要比规定的限值大85%，而将比规定限值小的层数与该结构的总层数相比，还要少15%；该结构的楼层地震剪力则要根据相关文件的条文说明，在对其进行调整后，继续进行后期的抗震设计。第三、层与层之间的位移角应为50年重现期，然后控制风荷载。第四、使建筑的有效质量系数在90%以上才能达标，要选取满足要求的振型数。第五、层与层之间的位移角在水平力影响时要满足相关要求。第六、当有偶然偏心地震荷载影响时，要根据文件JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的相关规定，采用水平力法将最大的扭转位移计算出来，计算结果要在1.2以下，计算结果满足文件JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的要求，这种情况不属于扭转不规则的结构。
5.2剪重比
底部局部的楼层剪重比没有达标，但剪重比的最小值与规定限值相比，要大85%，同时还有一个问题：楼层数方面大部分都不满足规范要求的总楼层数低于15%的条件。将地震剪力放大以后进行观察，放大后所得的结果达到了相关文件中要求的最小剪重比。
5.3验算风荷载作用下的剪力墙拉力
由于此项工程的高宽都比较大，如图2所示就是剪力墙在风荷载作用下的受拉情况。按全截面进行计算时，剪力墙Q9平均拉应力不应当超过1.04MPa，而强度等级在C50以下的混凝土，在对其抗拉强度进行设计时，应当规定为1.89MPa。
图2100年风荷载作用下竖向构件拉力
强度等级为C50还包括底部剪力墙的混凝土，对应的要将该混凝土的抗拉强度值规定为1.89MPa。要使得剪力墙不产生拉力，风荷载假设成是小震1.1倍情况下作用。用SATWE值来代替计算的风载荷值。
5.4弹性时程的分析以及对中、大震下构件的验算
第一、对于时程分析的结果来说，不但使其满足平均底部剪力，还要使其比振型分解反应谱法的结果大80％，此外还要满足一个条件，即每条地震波底部的剪力要比反应谱法的结果大65％，同时还要保证所选用的地震波要符合规定。第二、分别做出7条波的楼层剪力平均值曲线，然后与CQC得出的剪力曲线进行比较，比较结果显示，两线基本一致。利用弹性时程进行分析时，得出楼层剪力平均值为：在水平方向，26到43层的剪力平均值要比CQC的略大，最大约为CQC的1.14倍；而在垂直方向，23到30层以及38到43层的剪力平均值要比CQC大，最大约为CQC的1.07倍。由于在水平方向的26到43层、垂直方向上的23到30层和38到43层的剪力墙有较大富余的抗剪力，所以在进行施工阶段时，相应的还要将每个楼层的地震剪力放大1.14倍后在进行复核配筋。第三、如果每个楼层的位移曲线呈现出光滑的状态，则表明该结构的抗震刚度沿高度方向的分布是比较均匀的。
6.结束语
此项高层建筑的高度属于B级高度，该结构的形式符合规则，但首层存在着刚度突变的情况。在进行抗震设计的过程中，采用性能化的设计方法的主要目的是：一方面可以保证该结构在小震作用下可以完全处于弹性阶段而不受影响；另一方面还对主要构件在中震以及大震作用时的各方面的性能要求做出了一定的补充。在对该建筑进行弹性和塑性的计算以后，从计算结果中可以看出，该建筑中大部分指标均达标，基本满足相关的规定与要求；此外，又通过建筑中有关的概念设计和各个阶段计算程序的分析结果，相应的加强了关键构件的质量等。除了要使该建筑在竖向荷载和风荷载作用时满足相应的要求以外，还使建筑物的抗震性能达到了C级。综上可知，此项工程的结构设计符合相应的安全规定。
参考文献:
[1]范伟霞,赵群昌.超限高层结构动力特性及抗震性能分析[J].建筑技术,2011,42(1):78-81