住宅建筑结构下抗震优化设计探究

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摘要：本文主要简单介绍了高层住宅建筑结构抗震设计的相关内容，通过分析高层住宅建筑结构抗震设计要点，来探讨高层住宅建筑结构抗震优化设计的有效措施，以转变传统的高层住宅建筑结构抗震设计模式，提高高层住宅建筑的抗震能力，使之在一定程度上降低地震灾害风险，减少人员伤亡，减轻经济损失程度，从而保障高层住宅建筑结构质量，促进高层住宅建筑的可持续发展。

关键词：高层住宅；建筑结构；抗震；优化设计；有效措施

1工程概况

本工程为住宅项目，拟建项目位于昆山市，项目总用地面积105566.0m2，本期用地面积17152.95m2,总建筑面积62059.42m2,地下建筑面积16026.54m2。本工程由2#、7#、12#、S3#配电房、地库组成。2号楼为29层单元式住宅，7号楼为34层单元式住宅，12号楼为31层单元式住宅，S3#配电房（5.200m）为一层框架结构，地下室共一层，地下一层为机动车库、非机动车库、设备用房。2#、7#、12#楼建筑最大高度为98.600m，是一个A级高度钢筋混凝土高层剪力墙建筑。

2工程地质概况

（1）场地地形、地貌。拟建场地位于昆山市，隶属长江三角洲太湖流域冲湖积相沉积平原，地貌形态单一，水系发育。场地原为昆山印染厂（已拆）、后经覆土现场已无厂址踪迹，西侧现为大润发超市，场地已基本回填整平。勘察期间测得各勘探孔孔口高程在2.06～3.40m之间（1985国家高程）。（2）岩（土）层性质及分布。经勘探揭示，场地自然地面下最大勘探深度80.50m以浅的土体为第四纪更新世以来的冲湖积~湖海相碎屑沉积物。根据其岩性特征及其物理力学性质的差异性，可划分为8个工程地质层，并细分为11个工程地质亚层。（3）天然地基承载力评价。根据各土层的抗剪强度指标、原位测试指标及物理指标确定的各土层的承载力特征值以及根据以上结果并结合本地区工程实践经验综合确定的承载力特征值fak见表1所示：

3基础设计方案

本工程±0.00相当于1985国家高程4.30m，抗浮设防水位可取昆山地区近期多年最高潜水水位标高为1.80m或室外设计地坪标高下0.5m中的最大值。本工程底板板底绝对标高约-5.55m，位于③粉质粘土夹淤泥质粉质粘土中，其承载力特征值fak=60kPa。2#、7#、12#楼采用桩基础，桩采用φ700钻孔灌注桩，以⑥2粉土夹粉砂层作为桩基础持力层，根据前期试桩结果，单桩抗压承载力特征值3700kN。地下车库为地下一层，桩基承受上拔力，⑥1层粉土夹粉砂作为桩基础持力层，选用预制方桩（400mm×400mm），混凝土强度等级C30，工程桩抗压承载力按单桩抗压承载力特征值1500KN设计，抗拔承载力按单桩抗拔承载力特征值400KN设计。

4抗震性能分析与设计措施

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)的规定，需进行结构高度、一般不规则性、特别不规则抗震超限检查。综合三项超限检查结果，本工程存在1项一般不规则性，无特别不规则，根据GB50010-2010第3.4.1条，属于比较规则的A级高度不超限高层建筑。针对本工程，依据GB50011-2010和JGJ3-2010，主要采取如下分析与设计措施：（1）参照GB50011-2010第5.1.2条，采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。采用时程分析法时，根据建筑场地类别选用2组实际强震记录和1组人工模拟的加速度时程曲线，保证所选时程曲线的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80％。楼层地震剪力取时程计算所得最大值与振型分解反应谱法计算结果进行包络设计，保证各构件满足多遇地震弹性要求。（2）采用PKPM软件进行罕遇地震静力弹塑性时程分析，检查构件和整体结构的损伤情况，对重要和薄弱部位提出加强措施；关键构件平面布置与编号如图1所示。（3）科学设计结构抗震体系，设置多道抗震防线。在高层住宅建筑结构设计过程中，应当科学设计结构抗震体系，应当将安全性放在首位，要保障高层住宅建筑结构的稳定性。为提高抗震体系设计水平，需基于高层住宅建筑所在区域的特征，以及该区域地震灾害的发生概率，来制定适宜的设计方案，与此同时还需要考虑经济性，尽量在预期成本资金投入范围内完成。如若条件允许，可以于高层住宅顶层中铺设橡胶层，其能够有效缓冲地震灾害引发的外部冲击力，减轻高层住宅建筑所要面对的外力，使之承受力得到大大提升，取得较好的抗震效果，维护居民的生命财产安全。要根据高层住宅建筑结构的实际情况，来设置多道抗震防线，尽量提高结构的抗震性。需要将抗震体系当作是一个整体，选择具有一定延性的、优质的构件，将其作为高层住宅建筑结构抗震的第一道防线，每一个构件都需要有一定的自我保护能力，等到第一道抗震防线屈服后，后面的防线才会屈服。如若地震等级比较大，那么其外部冲击力机会增大，具有较强的破坏性，当地震防线被冲破后，还有多道防线能够对高层住宅建筑结构进行保护，以避免其受到严重损坏。

5设计加强措施与论证结论

首先采用SATWE补充进行了多遇地震作用下弹性时程分析，所选择的3组地震波满足规范要求，结构设计取用时程分析最大值与振型分解反应谱法的结果进行包络设计，保证各构件满足多遇地震弹性要求。然后采用PKPM软件进行罕遇地震静力弹塑性时程分析，检查构件和整体结构的损伤情况。结合大震工况下性能点步骤时结构整体损伤情况，对底部加强区损伤严重的山墙、楼梯间端部的剪力墙，适当的提高墙体的水平和竖向的配筋率，加强墙体的抗拉和抗剪承载力。本工程底部加强区剪力墙局部存在错位，错位部位上下层的剪力墙Q7a和Q7的抗震等级提高一级后至一级，剪力墙Q7a和Q7两端端柱和连接剪力墙Q7a和Q7的框支梁的抗震等级提高一级后至一级。同时相关区域的楼板板厚加强至200，实际计算时按照弹性膜考虑，最小配筋率按照双层双向0.25%控制。本工程属于比较规则的A级高度高层建筑。为了全面了解其抗震性能，采用SATWE软件进行了多遇地震弹性反应谱计算、补充弹性时程分析、罕遇地震静力弹塑性分析。本工程结构分析模型准确，参数选择符合规范要求和工程现场条件；根据分析结果，对局部进行针对性地适当加强、对错位处的框梁进行有限元分析，抗震性能能够满足规范要求，且承载能力和变形能力尚有一定的富余。

参考文献：

[1]孙雷,赵红艳.高层住宅建筑结构抗震的优化设计[J].引文版：工程技术,2016:266.

[2]文涛,陈思杭,韦康.试析高层住宅建筑结构抗震的优化设计[J].建筑工程技术与设计,2018:858，892.

作者:刘璇 贾鸿远 单位:南京金宸建筑设计有限公司