陈昕垚
深圳市博万结构设计事务所（普通合伙）广东深圳518040
【摘要】随着我国经济的迅速发展，近些年高层建筑已经越来越普遍。然而高层建筑总体结构比较复杂，若遭遇地震，其受到的损失也较大。因此，抗震设计对于高层建筑具有相当重要的意义。本文通过介绍某高层住宅工程，浅谈此高层结构的抗震设计过程、计算分析及计算结果分析。
【关键字】丙类建筑高层建筑抗震设计
1、工程概述
本文介绍的某高层住宅项目位于广东省惠州市大亚湾西区，其总建筑面积约为22.25万m2。本工程由3层地下室、七栋高层住宅及相关配套设施组成。文中住宅楼（下文简称为1#楼）为25层的高层住宅，底部两层为局部商业，地下室为停车场和设备用房。
2、结构体系及设计参数选取
1#楼为一般高层住宅楼，结合本工程的情况，上部结构采用剪力墙结构，商业部分采用框架结构。
2.1结构设计分析的参数选取
(1)根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2018)，本工程设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。
(2)根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)，本工程地基基础设计等级为甲级。
(3)根据《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)，本工程为丙类建筑。
(4)根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016年版)，本工程设计地震分组为一组，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35。1#楼及相关商业的剪力墙和框架抗震等级均为三级。
(5)根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(下文简称《高规》)4.3.16条，在计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减，剪力墙折减系数可取0.8~1.0。考虑本工程的非承重墙的实际情况，1#楼在此取0.9。
(6)根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)，本工程基本风压按照50年重现期取值0.70kN/m2，舒适度风压取值0.45kN/m2，地面粗糙度类别为C类。
2.2上部结构布置
在满足建筑功能的需求下，对1#楼结构进行合理的布置。
(1)平面布置简单、规则，且沿两个主轴方向双向布置，因为在满足抗震墙间距要求的前提下均匀分散的布置抗震墙会使结构具有合理的刚度和承载力分布。同时，抗震墙应尽量沿建筑物的周边布置，因为抗震墙沿建筑物的周边布置会使结构具有尽量大的抗扭刚度。此外，应尽可能多布置L形、T形墙体，少量布置一字墙、短肢剪力墙。标准层结构平面布置如图1所示。
(2)自上而下竖向连续布置，避免刚度突变；门窗洞口上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁；宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置。
2.3结构计算分析
按实际情况采用相关结构计算软件建立合理的计算模型，并进行各工况下作用力下相应的计算分析。
3、结构计算结果及分析
3.1有效质量系数
本工程1#楼计算振型个数为19个，有效质量系数均大于90%，满足《高规》5.1.13条,各振型的参与质量之和不应小于总质量的90%。对于平面复杂，楼面的刚度不是无穷大，振型整体性差，局部振动明显的结构，需要较多振型才能准确计算地震作用。这种情况下尤其要注意有效质量系数是否超过了0.9。
3.2刚重比
本工程1#楼XY方向刚重比均大于1.4，满足《高规》5.4.4条高层建筑结构的整体稳定性要求，同时刚度比均大于2.7，满足《高规》5.4.1条可不考虑重力二阶效应的不利影响。刚重比主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不至于过大，避免结构的失稳倒塌。当刚重比满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载是足够的。
3.4刚度比及最小受剪承载力
本工程1#楼的刚度比满足《高规》3.5.2条的规定；对于剪力墙结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度的比值不宜小于0.9。同时最小受剪承载力也满足《高规》3.5.3条规定：A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。这两个指标都是考虑结构的竖向布置。刚度比主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层；对于形成的薄弱层则须予以加强。剪层比主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变，形成薄弱层；对于形成的薄弱层应将该楼层地震剪力放大1.25倍。
3.5周期比
本工程1#楼考虑扭转耦联时的第1扭转周期(1.9941)/第1平动周期(2.2703)=0.88，小于《高规》3.4.5条周期比不大于0.9的要求。周期比作为扭转规则性的判定之一，主要限制结构的扭转刚度不能太弱，使结构具有必要的扭转刚度，减小由于振动耦联时，扭转对结构产生的不利影响。同时本工程1#楼第一第二周期均为平动，结构抗侧力构件布置比较合理。当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗侧刚度相差较大。
3.5位移比及位移角
本工程1#楼在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移均小于1.5，满足《高规》不大于1.5的要求。同时层间位移角也满足《高规》3.7.3条高层混凝土剪力墙结构按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比的限制为1/1000。位移比主要是限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。层间位移角则是考虑在水平荷载作用下，为限制结构在正常使用时不至于产生过大的水平位移，使人产生不舒适感。
3.6轴压比
本工程1#楼满足《高规》7.2.13对墙肢的限值要求。1#楼1~2层最大轴压比为0.54，3层以上最大轴压比为0.57，均小于规范对抗震等级为三级的剪力墙轴压比0.6的限值。而要求限制结构的轴压比，主要为了保证结构的延性要求。轴压比不满足要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。
结束语
综上，本文通过对一栋高层剪力墙住宅建筑进行合理的平面布置、合理的计算参数选取，建立了合理的计算模型，并对完整的高层抗震设计过程做了详细的说明，介绍了结构抗震设计的实践应用。根据计算结果表明，此结构满足在各工况作用力下的各项指标的要求，既能满足建筑的实用性，也能确保该结构的安全性。
参考文献
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析
[3]GB50011-2010建筑抗震设计规范