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摘要：在社会经济不断发展的影响下，世界对于高层及超高层建筑物的结构体系已经有了一定的研究，结构设计的水平也在逐步的提升。高层和超高层建筑比多层建筑的体积要更大，并且结构也更加复杂，因此需要强化对超高层住宅的结构设计。本文主要是对超高层住宅的结构设计进行简要的分析，旨在总结超高层住宅结构设计经验。
关键词：超高层住宅；时程分析；性能目标；弹塑性分析
引言
近些年来，建筑正在朝着高层和超高层的方向进行发展，这对城市当中的紧张住房环境能够起到一定的缓解，并且也会给人们营造一个非常舒适的生活环境。在超高层住宅的建设当中，部分建筑结构设计环节不是非常合理，再加上工程设计的人员容易出现概念性的问题，会给建筑质量安全造成安全隐患，需要对其结构设计进行关注。本文就本人负责的一个超高层项目设计为例，简要论述了结构设计分析的重要过程。
一、工程概况
在这里以一个住宅项目为例。贤江社区为超高层住宅小区，旧村改造项目，一期融资区总建筑面积约35万m2，地下二层车库，建筑面积为11万m2，地上共有11个单体塔楼，建筑面积为24万m2 。首层层高5m，标准层层高3.4m，建筑高度为138~150m，均为超高层。地下室采用无梁楼盖形式。
该工程位于7度抗震设防区，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组。建筑物抗震设防重要性类别为丙类建筑。场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。基本风压值W0为0.5kN/ m2，地面的粗糙度为C类。结构形式采用剪力墙结构，B级高度。本工程总图及单栋标准层结构平面布置图详图1及图2。
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图1 总图布置图
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图2 单栋标准层结构平面布置图
表1 主要控制参数
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二、结构计算主要控制参数
采用本工程B3塔楼为例分析，塔楼地上43层，层高3.4m，首层5m，室内外高差0.3m，建筑高度148.1m。B类高度，抗震等级为一级，底部加强层为地下2层至5层，约束边缘构件至6层，第7、8层为过渡层。主要控制参数见表1。
三、结构计算分析
采用YJK软件计算，用Midas软件进行复核计算，对于结构多遇地震以及风荷载作用下的计算，主要计算结果见表2。
表2 YJK软件和Midas软件计算结果对比
参数 YJK Midas
地震 风 地震 风
X向 Y向 X向 Y向 X向 Y向 X向 Y向
最大剪力（KN） 4652 4652 3948 6214 5118 5118 4315 7324
倾覆弯矩（KN·m） 398227 387666 399888 628668 414938 384419 431486 736465
最大楼层位移角 1/1143 1/1188 1/1660 1/844 1/1575 1/1275 1/1573 1/805
最大位移（mm） 99.1 98.5 74.8 143.6 78 100.27 79.4 178.5
注：位移角按照广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ 15-92-2013）3.7.3条 1/800控制。
根据上述计算结果可知，两个不同软件计算结果均能通过规范要求，并偏差不大。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）4.3.4条，7°抗震烈度，建筑高度超过100m，应采用弹性时程分析法进行多遇地震进行补充计算。时程分析法用于发现反应谱法无法判断的结构薄弱部位（薄弱层、薄弱构件等）、破坏规律（塑性铰出现的位置、先后顺序等）。时程分析法计算的内力难以用于直接的构设计，主要用于反应谱法计算结果进行调整。
取三条时程曲线：一条人工波、两条天然波，进行计算，YJK每条时程分析曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型反应谱法计算结果的80%。通过计算结果满足规范要求，计算结果见表3。选取的三条地震波计算得到的结构地震反应结果可作为结构抗震设计依据的补充。
表3 时程分析法与反应谱法计算基底剪力结果比较
地震作用 X向 Y向
天然波1 最大剪力KN
与反应谱法结果之比 4491
96.54% 4490
96.52%
天然波2 最大剪力KN
与反应谱法结果之比 3951
84.9% 3955
85%
人工波1 最大剪力KN
与反应谱法结果之比 3840
82.5% 4780
102.7%
三条时程波平均值 最大剪力KN
与反应谱法结果之比 4092
88% 4408
95%
规范反应谱 最大剪力KN 4651.8 4652.2
四、结构抗震性能化设计
该工程抗震设防类别为丙类，设防烈度为7°，场地类别Ⅱ类，根据地勘报告该工程场地条件属于中等复杂场地，场地稳定性差，岩土种类多，分布不均匀，场地处于对建筑抗震不利地段。该工程属于旧改项目，政府对回迁要求时间较紧，建造费用需要严格把控。
结合上述因素，综合考虑，选定抗震性能目标，见表4
表4 结构抗震性能目标
地震作用 多遇地震 抗震设防地震 预估的罕遇地震
整体结构抗震性能 完好、无损坏 有破坏、可修复 不倒塌
层间位移角限值 1/800 — 1/120
底部加强部位
（地上5层及以下） 剪力墙 弹性 斜截面弹性
正截面不屈服 斜截面不发生脆性破坏，受剪截面应满足截面限值条件，
允许局部正截面屈服
连梁 弹性 允许屈服，不发生受剪破坏 允许出现塑性铰
非底部加强部位
（地上5层以上） 剪力墙 弹性 斜截面不屈服
正截面局部屈服 允许进入塑性，控制塑性变形
其余各层构件性能 弹性 允许屈服 允许进入塑性，控制塑性变形
抗震设防地震（中震，重现期为475年），采用中震反应谱，场地类别为Ⅱ类，地震分组为第一组，地震影响系数最大值αmax=0.23，特征周期Tg=0.38s。采用YJK软件在抗震设防地震下，底部加强部位的剪力墙进行正截面不屈服，斜截面弹性的目标进行承载力验算。连梁在底部加强部位允许屈服，但不允许发生受剪破坏。均能满足验算要求。
该项目高宽比为8.7，规范要求的最大高宽比为6，建筑本身的高宽比较大，在软件计算时发现底部剪力墙加强部位有受拉的情况。规范要求双肢剪力墙，其墙肢不宜出现小偏心受拉，当任一墙肢为偏心受拉时，设计时另一墙肢的弯矩设计值、剪力设计值应考虑1.25的放大系数。计算时需特别注意。
该项目建筑高度小于150m，采用静力弹塑性分析法进行结构的弹塑性计算分析。剪力墙底部加强部位呈现，斜截面未发生脆性破坏，受剪截面能够满足截面限值条件，局部正截面屈服。满足性能化设计目标要求。罕遇地震作用下，X向的位移角为1/185，Y向的位移角为1/172，能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.7.5条 1/120的限值要求。
结语
在建筑结构设计过程中，结构平面布置应力求简单、规则、避免刚度、质量和承载力分布均匀。但在超高层的住宅设计过程中，为了配合建筑使用功能，上述要求往往很难兼顾。该项目在高宽比、考虑偶然偏心的位移比超出规范要求。初步设计审查的同时完成结构超限审查。因此项目设计时，应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行计算，有些地区甚至规定了复核软件应采用国外开发的软件进行计算。并采用时程分析法进行多遇地震的补充计算。考虑罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算。选择适宜的性能目标，完成结构抗震性能设计。
参考文献：
[1]刘督政,陈亚敏.对高层住宅建筑基础结构设计的探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2019(35):50.
[2]曹玉龙.超高层住宅设计的技术对应措施研究[D].湖南大学,2013:85.