福佳金融大廈項(xiàng)目超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】福佳金融大廈項(xiàng)目A、B號(hào)樓為主體45層178.85米的辦公樓，結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)超限情況和結(jié)構(gòu)體系，擬定合理的抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用彈性時(shí)程分析，動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析找到薄弱層及薄弱部位，采取相應(yīng)有效措施進(jìn)行加強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；性能目標(biāo)；抗震計(jì)算；防震縫分析

1.工程概況

福佳金融大廈項(xiàng)目為辦公樓，地上45層（結(jié)構(gòu)層46層），地下3層，地上建筑由A、B、C三座塔樓組成。A、B號(hào)樓結(jié)構(gòu)型式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，地上部分互為鏡像關(guān)系，主體結(jié)構(gòu)45層，高度為178.85米，本工程嵌固端位置取在地下一層頂，1層層高為6.0米和2～4層層高均為4.8米，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.85米，其中15層、30層為避難層，層高為4.2米。標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸為52m×34.2m，A、B號(hào)樓和C號(hào)樓之間在±0.000以上用防震縫分開(kāi)。

2.結(jié)構(gòu)體系

本工程抗震設(shè)防烈度為7度，結(jié)構(gòu)型式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，十八層至基礎(chǔ)框柱采用型鋼混凝土框架柱，十九層及以上采用鋼筋混凝土柱，梁板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

3.超限分析

平面形狀為矩形，Y-偶然偏心地震作用下扭轉(zhuǎn)位移比1.20；一層頂局部開(kāi)洞，開(kāi)洞面積占總面積的11.5%，偏心率最大值X方向在4層為0.088，Y向在11層為0.027；本層與上一層的受剪承載力之比最小值為X向0.88，Y向0.80，無(wú)剛度突變和尺寸突變項(xiàng)，無(wú)特別不規(guī)則項(xiàng)，本工程主體高度為178.85米，超過(guò)A級(jí)高度130m的最大適用高度，平面及豎向規(guī)則[1][2][3]。

4.性能目標(biāo)

本工程抗震性能目標(biāo)取C級(jí)，具體要求為：小震下層間位移角為1/684，結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性；中震下底部加強(qiáng)部位豎向構(gòu)件滿足抗剪彈性，偏拉偏壓不屈服，其他豎向構(gòu)件滿足不屈服，外框梁滿足不屈服要求，其他框架梁和連梁允許部分屈服；大震下層間位移角限值為1/100，允許部分構(gòu)件屈服，墻肢及框架柱滿足受剪截面控制條件。

5.防震縫驗(yàn)算

A、B號(hào)塔樓與C號(hào)塔樓在一層及以上采用防震縫分隔，防震縫寬度滿足中震下各塔樓間變形要求和規(guī)范規(guī)定的防震縫寬度[2]，經(jīng)計(jì)算：1～25層按照規(guī)范要求防震縫寬度取500mm，26層～33層C號(hào)樓與A、B號(hào)樓相鄰框架柱向樓內(nèi)側(cè)收截面100mm，防震縫寬600mm?？紤]雙向地震作用26層A、B號(hào)樓與C號(hào)樓層最大相對(duì)位移為426mm；33層最大相對(duì)位移為538.8mm，防震縫寬度滿足中震不屈服工況下結(jié)構(gòu)變形要求。

6.小震計(jì)算分析

本工程抗震設(shè)防烈度為7度；設(shè)計(jì)基本地震加速度值按安評(píng)取值0.105g，特征周期為0.35s；阻尼比取0.05，采用SATWE和ETABS進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析。風(fēng)荷載計(jì)算采用0.55kN/m2，承載力計(jì)算時(shí)取0.605kN/m2，小震計(jì)算最不利方向位移角為1/715，最不利位移為208mm，風(fēng)荷載計(jì)算最不利方向位移角為1/858，最不利位移為176mm。其他計(jì)算結(jié)果兩個(gè)軟件的都比較接近，給出兩軟件的不利情況如下：結(jié)構(gòu)總質(zhì)量114541.1t，扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期比

Tt/T1=4.043/5.217=0.77；地震作用下基底剪力X向19693.9kN，Y向19407.4kN；風(fēng)荷載下X向基底剪力8727.1kN，Y向14912.4kN。

7.彈性時(shí)程分析

采用SATWE進(jìn)行彈性時(shí)程分析，主分量峰值加速度取43cm/s2，結(jié)構(gòu)阻尼比為5%。采用一組人工波和二組天然波。CQC法計(jì)算結(jié)果在頂部41層以上小于彈性時(shí)程分析法計(jì)算的平均結(jié)果，小震彈性設(shè)計(jì)時(shí)將按照時(shí)程分析結(jié)果對(duì)CQC法進(jìn)行放大。

8.中震計(jì)算分析

采用SATWE程序進(jìn)行中震彈性和不屈服驗(yàn)算，計(jì)算得總基底剪力X向?yàn)?1708kN，Y向?yàn)?0457kN。中震彈性工況下底部加強(qiáng)區(qū)，核心筒剪力墻計(jì)算剪力與抗剪承載力的最大比值一層為0.92，二層為0.91，三層為0.97，四層為0.96，五層為0.93；外框柱計(jì)算剪力與抗剪承載力的最大比值一層為0.13，二層為0.22，三層為0.14，四層為0.21，五層為0.17，均可滿足中震彈性的計(jì)算要求。

中震不屈服工況計(jì)算結(jié)果表明墻肢在雙向地震作用下核心筒端部墻肢出現(xiàn)整體受拉狀態(tài)，其邊緣構(gòu)件拉應(yīng)力較大，最大拉應(yīng)力為1.49N/mm2，小于混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.85N/mm2，但筒體外側(cè)橫墻拉應(yīng)力較大，考慮結(jié)構(gòu)核心筒長(zhǎng)寬比較大，故在該墻內(nèi)設(shè)置型鋼[4]，并將型鋼延伸至拉力為零和底部加強(qiáng)區(qū)的上一層的較大者。

9.大震計(jì)算分析

采用SATWE程序進(jìn)行大震驗(yàn)算，計(jì)算出的底部剪力X向?yàn)?8600kN，Y向?yàn)?7500kN。剪力墻大震受剪截面控制條件驗(yàn)算，核心筒計(jì)算剪力與抗剪承載力的比值，一層最大值為0.81，二層最大值為0.71，三層最大值為0.63；框架柱計(jì)算剪力與抗剪承載力的比值，一層最大值為0.27，二層最大值為0.28，三層最大值為0.26。結(jié)果表明，底部加強(qiáng)部位的核心筒墻肢及外框柱在大震作用下滿足截面剪應(yīng)力控制要求

10.結(jié)論

（1）針對(duì)結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)、超限情況以及建筑的使用功能，性能設(shè)計(jì)目標(biāo)選擇C，結(jié)構(gòu)進(jìn)行了小震、中震、大震作用下的整體分析，以及大震動(dòng)力時(shí)程分析，最終達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)[5]。

（2）本工程在A、B號(hào)樓和C號(hào)樓間設(shè)置防震縫，縫寬按中震的變形情況和抗規(guī)要求取大值。

（3）中震不屈服出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件采用特一級(jí)構(gòu)造措施，對(duì)于拉應(yīng)力較大的墻肢，設(shè)置型鋼承受拉力，以提高結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。

參考文獻(xiàn)

[1]JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)[S].2010.

[4]JGJ138-2001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[5]金廊5號(hào)南部地塊商業(yè)A、B號(hào)樓及C號(hào)樓項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)抗震設(shè)防專項(xiàng)審查意見(jiàn).