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摘要：超限高层建筑的抗震设防审查，是提高高层建筑工程抗震设计的可靠性、避免抗震安全隐患，同时又促进高层建筑技术发展的有力手段，本文就抗震设防审查的必要性、主要内容和实现超限高层建筑设计的重要概念及关键技术措施提出若干参考意见。下面结合宏佳华府工程实例，详细介绍超限高层建筑的抗震设防审查中的探讨。
关键词：超限高层建筑；结构计算；地震结构弹性时程分析
Abstract: The review of high-rise building seismic fortification is to improve the reliability of seismic design of high-rise building project, to avoid the earthquake safety, and promote the development of effective means of high-rise buildings at the same time, the main contents and realizing the necessity, the review of our earthquake-proof ultra limit and puts forward some suggestions in the high-rise building design concepts and key technologies measures. The following combination of Hongjia Washington project, discuss details of high-rise building in the review of our earthquake-proof.
Key words: high-rise building; structure calculation; analysis of the elastic seismic structure
中圖分类号：TU2文献标识码A 文章编号
一、工程概况
本工程宏佳华府超限高层建筑位于深圳市南山区西丽街道留仙洞片区，留仙大道与同发路交汇处的东北角方向，深圳市职业技术学院东侧，与深职院仅同发路相隔。该宗地由两块组成，其中西地块分别与留仙大道和同发路相临，该地块由南侧的两座21层的高层住宅（D、F座）和北侧的两座32层的高层住宅（AB、C座）组成，四座建筑物沿东西向对称布置。东地块在西地块东侧与留仙大道相临，与西地块仅隔一条12米宽的小区道路，该地块有一座24层的高层住宅（F座）。另有独立用地的幼儿园一所。基地总用地面积约24462.93平方米，总建筑面积为126283.35平方米。
二、超限高层建筑抗震审查的必要性
近十年来，我国高层建筑工程的建设规模，居世界之前列。房屋的高度不断增加，各种十分复杂的体型和结构时常出现，不少高层建筑结构超出抗震设计规范、规程 的适用范围和有关的抗震设计规定。这些高层建筑如不通过专门的研究，进行可行性论证，并采取有效的抗震措施，将危及结构的抗震安全。超限高层建筑的抗震审查，主要是审查其超限的可行性，限制严重不规则的建筑结构；对于超高或特别不规则的结构，则需要审查其理论分析、试验研究或所依据震害经验的可靠性，所采取的抗震措施是否有效。其目的，就是要避免、消除抗震安全隐患。建设部在高层建筑抗震设防审查试点时，先后组织福建、云南、甘肃、安徽、江西五省及北京、上海两市，对170多项高层建筑工程的抗震设防质量及抗震设计进行抽查，发现大多数高层建筑在抗震设防上。都存在这样或那样的问题，有的问题还十分严重，特别是危及安全的问题。因此，建设部以部长令规定超限审查是十分必要的。
三、结构计算和理论分析
结构设计应依据超限的类型和程度，进行有针对性的计算，计算结果应有工程判断，论证结构布置和所采取的措施对实现规定的抗震设防目标的适用性、可靠性，确保大震下的安全。
①结构周期、振型是否合理，结构各层的地震剪力与其上各层总重力荷载代表值的比值，是否符合《抗震规范》的要求，Ⅲ、Ⅳ类场地条件时是否再适当增加。
②不考虑偶然偏心的最大层间位移和考虑偶然偏心的扭转位移比是否控制在规定的范围，扭转位移比超过时是否有相应的措施。
③结构时程分析所用的地震波和计算结果是否符合规范要求，在此基础上对反应谱法和时程分析的结果进行比较，不仅对总地震作用和最大层间位移进行比较，还要对楼层的剪力和层间位移沿高度的分布进行比较，取二者的不利情况设计。如下图1所示：
图1地震波反应谱与规范反应谱的比较图
④转换层的楼层刚度比、转换构件剪压比的控制是否得当；高位转换与低位转换的控制指标不同；必要时，水平转换构件需采用重力荷载下不考虑墙体共同工作的手算复核。
⑤钢结构和钢一混结构中，钢框架部分承担的地震剪力应比规范的规定适当增加，超高越多，增加越多。
⑥必要时，应有重力荷载下的结构施工模拟分析。
四、依据岩土工程勘察成果进行基础设计
本工程地震基本烈度为7度，建筑场地类别为Ⅰ1 ～Ⅱ类，场地地面脉动的卓越周期为0.17秒。场地土的类型为中硬土。本场地地下没有软土层和饱和砂土层，因此没有软土震陷和砂土液化问题；场地未发现有活动断裂在本场地经过，距本工程场地最近的断裂是福水-西乡断裂（19）和流浮山～东博寮海峡断裂（20），离本场地分别约为6km和7km，且这两条断裂（段）均为中更新世活动断层，可不考虑地震时断裂错动对场地的影响；
这类超高层建筑，总高度超过规范、规程的最大适用范围很多，一般外形基本属于规则，仅局部有少量的不规则。抗震设防审查时，着重于：
①不同结构体系的对比，尽可能采用适用高度较高的结构类型。
②对加强层的数量、位置和构造要仔细论证。
③对混凝土剪力墙的剪应力应严格控制，如采用大震下墙体满足剪应力的截面控制条件。
④对关键部位的细部构造要保证在大震下的安全。
五、多遇地震及风荷载作用下结构计算分析与设计
1．多遇地震和风荷载结构分析
计算要用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》（SATWE）和北京迈达斯技术有限公司的Midas Building两个不同力学模型的空间分析程序进行多遇地震计算分析。
通过SATWE和Midas Building两种不同空间分析模型对A、B、C及DE座在多遇地震下的计算，考虑风荷载组合作用计算分析，对比所分析的结果基本一致，整体结构可充分运行，整体结构变形及结构构件承载能力均满足相关设计规范要求，无结构超筋信息，各构件均处于弹性状态。说明结构布置与结构计算模型选择合理，对多遇地震作用下各项性能指标要求。具体详见下列各表。
表一结构分析主要结果
2、多遇地震结构弹性时程分析
本工程弹性动力时程分析采用结构分析程序SATWE进行计算，其计算原理是先建立分层模型，将各楼层的质量集中于楼层处，形成弹性多质点体系，然后输入地震波（数字化地震地面运动加速度）进行时程分析，可得结构各点的位移、速度和加速度反应，再由位移反应计算结构内力。
①第一序选波
规范要求选波需要满足地震动三要素，即频谱特性、有效峰值加速度和有效持续时间均要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定，也就是说选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，即特征周期Tg值应相同或接近。有效峰值加速度（EPA）按建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)采用。波的特征周期（Tg）、有效峰值加速度（EPA）和有效峰值速度（EPV）的计算参考1978年美国ATC－3规范：将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv，然后按下面公式计算得到EPA、EPV以及Tg：
波的选择还应保证“在统计意义上相符”，就是说，多组时程波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曲线相比，在对应于结构主要振形的周期点上相差不大于20％（如图2）。
圖2天然波波形图
六、设防烈度地震作用下结构分析
本工程采用的SATWE在中震不屈服分析如图3，从中找出整体与装换层以上层剪力墙、普通梁及连梁性能情况及配筋特性；按中震弹性整体分析中找出框支梁与框支柱及落地剪力墙配筋及受力情况，分别对比小震阶段的计算结果，确定整体与构件的抗震性能满足各项规范要求，表明结构设计截面合理，结构配筋需根据具体情况作适当调整。本次分析（如下表一）为下一步施工图设计提供具体可行的技术操作措施。
表二中震性能分析结论
满足上述设计配筋要求
七、罕遇地震作用下静力弹塑性分析结果
对A.B.C及DE座采用不同的分析方法，实现整体与构件的抗震性能目标（如图3）。
1）、A、B、.C座平面基本不规则的情况，大震分析是采用用PKPM工程部三维结构静力弹塑性PUSHOVER分析程序，再用SATWE反应谱法作结构验算，复核PUSH结果中性能点的位移、弯矩及剪力。B栋的长宽比、高宽比是各栋中相对较大的，故选择B栋补充做动力弹塑性时程分析，以验证计算。
、
图3整体结构在水平荷载作用下整体破坏图
2）、DE座因平面特别不规则及竖向存在跨层柱等情况，大震分析是采用PKPM工程部三维结构静力弹塑性PUSHOVER分析程序。该座建筑位细腰形平面，大震分析时，分别对其整体及一侧腰平面进行对比推复分析，同时结合用SATWE反应谱法作结构验算，复核PUSH结果中性能点的位移、剪力，及推复分析中薄弱构件的受力特性（如图4）。
图4结构性能点图
八、结论
通过宏佳华府超限高层建筑抗震设防审查的讨论，可以得出超限高层建筑的抗震设防审查是十分必要的，凡是通过专项审查的工程项目，可以明确该工程的抗震薄弱部位和薄弱程度，有针对性地采取抗震措施，使之尽可能满足使用性能的要求，又确保整个结构达到抗震设防的要求，有利于避免或消除超限高层建筑的抗震安全隐患，有利于促进高层建筑技术的进步。超限高层建筑的设计要有可行性论证审查，明确超限的类型和程度，提出理论分析或试验研究等技术依据，采取有效的抗震加强措施，避免采用严重不规则结构。
参考文献：
[1] 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质[2006]220号
[2] 建筑抗震设计规范(GB 50011—2001) [S]．北京：中国建筑工业出版社
[3] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3一xtr2) [S]．北京：中国建筑工业出版社
关键词：超限高层建筑；结构计算；地震结构弹性时程分析
Abstract: The review of high-rise building seismic fortification is to improve the reliability of seismic design of high-rise building project, to avoid the earthquake safety, and promote the development of effective means of high-rise buildings at the same time, the main contents and realizing the necessity, the review of our earthquake-proof ultra limit and puts forward some suggestions in the high-rise building design concepts and key technologies measures. The following combination of Hongjia Washington project, discuss details of high-rise building in the review of our earthquake-proof.
Key words: high-rise building; structure calculation; analysis of the elastic seismic structure
中圖分类号：TU2文献标识码A 文章编号
一、工程概况
本工程宏佳华府超限高层建筑位于深圳市南山区西丽街道留仙洞片区，留仙大道与同发路交汇处的东北角方向，深圳市职业技术学院东侧，与深职院仅同发路相隔。该宗地由两块组成，其中西地块分别与留仙大道和同发路相临，该地块由南侧的两座21层的高层住宅（D、F座）和北侧的两座32层的高层住宅（AB、C座）组成，四座建筑物沿东西向对称布置。东地块在西地块东侧与留仙大道相临，与西地块仅隔一条12米宽的小区道路，该地块有一座24层的高层住宅（F座）。另有独立用地的幼儿园一所。基地总用地面积约24462.93平方米，总建筑面积为126283.35平方米。
二、超限高层建筑抗震审查的必要性
近十年来，我国高层建筑工程的建设规模，居世界之前列。房屋的高度不断增加，各种十分复杂的体型和结构时常出现，不少高层建筑结构超出抗震设计规范、规程 的适用范围和有关的抗震设计规定。这些高层建筑如不通过专门的研究，进行可行性论证，并采取有效的抗震措施，将危及结构的抗震安全。超限高层建筑的抗震审查，主要是审查其超限的可行性，限制严重不规则的建筑结构；对于超高或特别不规则的结构，则需要审查其理论分析、试验研究或所依据震害经验的可靠性，所采取的抗震措施是否有效。其目的，就是要避免、消除抗震安全隐患。建设部在高层建筑抗震设防审查试点时，先后组织福建、云南、甘肃、安徽、江西五省及北京、上海两市，对170多项高层建筑工程的抗震设防质量及抗震设计进行抽查，发现大多数高层建筑在抗震设防上。都存在这样或那样的问题，有的问题还十分严重，特别是危及安全的问题。因此，建设部以部长令规定超限审查是十分必要的。
三、结构计算和理论分析
结构设计应依据超限的类型和程度，进行有针对性的计算，计算结果应有工程判断，论证结构布置和所采取的措施对实现规定的抗震设防目标的适用性、可靠性，确保大震下的安全。
①结构周期、振型是否合理，结构各层的地震剪力与其上各层总重力荷载代表值的比值，是否符合《抗震规范》的要求，Ⅲ、Ⅳ类场地条件时是否再适当增加。
②不考虑偶然偏心的最大层间位移和考虑偶然偏心的扭转位移比是否控制在规定的范围，扭转位移比超过时是否有相应的措施。
③结构时程分析所用的地震波和计算结果是否符合规范要求，在此基础上对反应谱法和时程分析的结果进行比较，不仅对总地震作用和最大层间位移进行比较，还要对楼层的剪力和层间位移沿高度的分布进行比较，取二者的不利情况设计。如下图1所示：
图1地震波反应谱与规范反应谱的比较图
④转换层的楼层刚度比、转换构件剪压比的控制是否得当；高位转换与低位转换的控制指标不同；必要时，水平转换构件需采用重力荷载下不考虑墙体共同工作的手算复核。
⑤钢结构和钢一混结构中，钢框架部分承担的地震剪力应比规范的规定适当增加，超高越多，增加越多。
⑥必要时，应有重力荷载下的结构施工模拟分析。
四、依据岩土工程勘察成果进行基础设计
本工程地震基本烈度为7度，建筑场地类别为Ⅰ1 ～Ⅱ类，场地地面脉动的卓越周期为0.17秒。场地土的类型为中硬土。本场地地下没有软土层和饱和砂土层，因此没有软土震陷和砂土液化问题；场地未发现有活动断裂在本场地经过，距本工程场地最近的断裂是福水-西乡断裂（19）和流浮山～东博寮海峡断裂（20），离本场地分别约为6km和7km，且这两条断裂（段）均为中更新世活动断层，可不考虑地震时断裂错动对场地的影响；
这类超高层建筑，总高度超过规范、规程的最大适用范围很多，一般外形基本属于规则，仅局部有少量的不规则。抗震设防审查时，着重于：
①不同结构体系的对比，尽可能采用适用高度较高的结构类型。
②对加强层的数量、位置和构造要仔细论证。
③对混凝土剪力墙的剪应力应严格控制，如采用大震下墙体满足剪应力的截面控制条件。
④对关键部位的细部构造要保证在大震下的安全。
五、多遇地震及风荷载作用下结构计算分析与设计
1．多遇地震和风荷载结构分析
计算要用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》（SATWE）和北京迈达斯技术有限公司的Midas Building两个不同力学模型的空间分析程序进行多遇地震计算分析。
通过SATWE和Midas Building两种不同空间分析模型对A、B、C及DE座在多遇地震下的计算，考虑风荷载组合作用计算分析，对比所分析的结果基本一致，整体结构可充分运行，整体结构变形及结构构件承载能力均满足相关设计规范要求，无结构超筋信息，各构件均处于弹性状态。说明结构布置与结构计算模型选择合理，对多遇地震作用下各项性能指标要求。具体详见下列各表。
表一结构分析主要结果
2、多遇地震结构弹性时程分析
本工程弹性动力时程分析采用结构分析程序SATWE进行计算，其计算原理是先建立分层模型，将各楼层的质量集中于楼层处，形成弹性多质点体系，然后输入地震波（数字化地震地面运动加速度）进行时程分析，可得结构各点的位移、速度和加速度反应，再由位移反应计算结构内力。
①第一序选波
规范要求选波需要满足地震动三要素，即频谱特性、有效峰值加速度和有效持续时间均要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定，也就是说选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，即特征周期Tg值应相同或接近。有效峰值加速度（EPA）按建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)采用。波的特征周期（Tg）、有效峰值加速度（EPA）和有效峰值速度（EPV）的计算参考1978年美国ATC－3规范：将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv，然后按下面公式计算得到EPA、EPV以及Tg：
波的选择还应保证“在统计意义上相符”，就是说，多组时程波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曲线相比，在对应于结构主要振形的周期点上相差不大于20％（如图2）。
圖2天然波波形图
六、设防烈度地震作用下结构分析
本工程采用的SATWE在中震不屈服分析如图3，从中找出整体与装换层以上层剪力墙、普通梁及连梁性能情况及配筋特性；按中震弹性整体分析中找出框支梁与框支柱及落地剪力墙配筋及受力情况，分别对比小震阶段的计算结果，确定整体与构件的抗震性能满足各项规范要求，表明结构设计截面合理，结构配筋需根据具体情况作适当调整。本次分析（如下表一）为下一步施工图设计提供具体可行的技术操作措施。
表二中震性能分析结论
满足上述设计配筋要求
七、罕遇地震作用下静力弹塑性分析结果
对A.B.C及DE座采用不同的分析方法，实现整体与构件的抗震性能目标（如图3）。
1）、A、B、.C座平面基本不规则的情况，大震分析是采用用PKPM工程部三维结构静力弹塑性PUSHOVER分析程序，再用SATWE反应谱法作结构验算，复核PUSH结果中性能点的位移、弯矩及剪力。B栋的长宽比、高宽比是各栋中相对较大的，故选择B栋补充做动力弹塑性时程分析，以验证计算。
、
图3整体结构在水平荷载作用下整体破坏图
2）、DE座因平面特别不规则及竖向存在跨层柱等情况，大震分析是采用PKPM工程部三维结构静力弹塑性PUSHOVER分析程序。该座建筑位细腰形平面，大震分析时，分别对其整体及一侧腰平面进行对比推复分析，同时结合用SATWE反应谱法作结构验算，复核PUSH结果中性能点的位移、剪力，及推复分析中薄弱构件的受力特性（如图4）。
图4结构性能点图
八、结论
通过宏佳华府超限高层建筑抗震设防审查的讨论，可以得出超限高层建筑的抗震设防审查是十分必要的，凡是通过专项审查的工程项目，可以明确该工程的抗震薄弱部位和薄弱程度，有针对性地采取抗震措施，使之尽可能满足使用性能的要求，又确保整个结构达到抗震设防的要求，有利于避免或消除超限高层建筑的抗震安全隐患，有利于促进高层建筑技术的进步。超限高层建筑的设计要有可行性论证审查，明确超限的类型和程度，提出理论分析或试验研究等技术依据，采取有效的抗震加强措施，避免采用严重不规则结构。
参考文献：
[1] 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质[2006]220号
[2] 建筑抗震设计规范(GB 50011—2001) [S]．北京：中国建筑工业出版社
[3] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3一xtr2) [S]．北京：中国建筑工业出版社