金濠廣場超高層結構設計

吳文錦 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

金濠廣場三期項目包括38層超高層酒店式公寓、27層酒店、5層商業(yè)裙房以及全場地分布的地下室。地上面積5.78萬m2，地下建筑面積2.85萬m2。高層與裙樓之間設抗震縫。本超限高層，高128.9m，長56.1m，寬17.1m；工程結構使用年限5年，設防烈度為7度（0.1g），地震設計分組為第一組，標準設防，Ⅱ類建筑場地，特征周期0.35s，地面粗糙度B類，基本風壓0.35 kN/m2

2 結構布置及特點

結合建筑形體及建筑使用功能，本工程采用框架剪力墻結構，平面布置較規(guī)則，長寬比3.28，高寬比較大為7.57。結構平面布置圖見圖1，結構剖面圖見圖2。

圖1

3 超限情況和應對措施

圖2

本工程超框剪結構A級最大適用高度120m；考慮偶然偏心時扭轉位移比為1.33；第8層和第9層（建筑第4層和第5層）側向剛度比不滿足《建筑抗震設計規(guī)范》3.4.3條關于樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%的要求，為薄弱層。

針對本工程超限情況，采取以下措施保證本結構的抗震性能。

①根據彈性時程分析結果對振型分解反應譜法地震剪力進行放大，滿足時程法計算結果的平均值和振型分解反應譜法計算結果的較大值的要求。

②對于豎向構件斜截面按中震計算結果配筋，豎向構件正截面及水平構件斜截面按中震計算結果和小震計算結果包絡設計，確保結構達到既定的抗震性能目標。

③基礎頂～26層架柱采用型鋼混凝土柱，以滿足柱軸壓比要求同時提高框架柱的延性；26層以上其它框架柱通過全高采用井字復合箍 (箍筋間距100rnm)以提高結構延性。

④洞口周邊板厚取120mm，并采用雙層雙向拉通配筋，適當提高樓板配筋率，加強水平力的傳遞，提高結構整體抗震性能。

4 結構抗震性能目標

根據本工程結構特點和超限類型并征詢專家及業(yè)主的意見，選用性能目標1、4+、5性能水準。工程抗震設防性能目標細化表如下所示。

抗震設防性能目標細化表 表1

5 結構計算分析

5.1 小震彈性反應譜分析

分析中剪力墻采用殼單元，梁柱采用空間桿單元，樓板無較大開洞，采用剛性樓板假定，連梁剛度折減系數取0.7，周期折減系數取0.75，使用YJK和SATWE兩個程序的計算結果對比可知，前三階振型、周期、基底剪力，結構總質量等均較吻合，未出現原則性沖突或矛盾的結果，計算結果見表2。規(guī)定水平力作用下，柱傾覆彎矩與總傾覆彎矩之比均小于10%，位移指標、剪力墻抗震等級按剪力墻結構確定，框架抗震等級按框-剪結構確定。柱占總剪力小于20%的層數偏多，二道防線0.2V0調整系數上限值調整為6，各層均可以調整到位。

5.2 小震彈性時程分析

根據場地的頻譜特性、加速度的有效峰值和時程曲線的有效持續(xù)時間這地震動三要素的要求，本工程選用兩條人工波及五條天然波，其平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。分析結果見表3.

YJK與SATWE計算結果 表2

根據計算結果分析，每條時程曲線計算所得結構基底剪力均大于振型分解反應譜法的65%，七條時程曲線計算所得結構基底剪力的平均值大于振型分解反應譜法的80%，時程分析七條地震波的平均層間剪力在模型5～35層（建筑31層以下）小于CQC法的層間剪力；在36～42層（建筑32～38層）大于CQC法的層間剪力，X向最大值為CQC的1.21倍；Y向最大值為CQC的1.10倍。后續(xù)設計時，擬采用分層放大的方法，將36～39層（建筑32～35層）地震力放大1.1倍，40～42層（建筑36～38層）地震力放大1.21倍。

5.3 中震（設防地震）作用下的結構承載力復核

中震作用時的抗震性能目標為：底部加強區(qū)為第3性能水準，底部加強區(qū)以上為第4性能水準。在進行設防地震作用下結構承載力計算時，采用如下計算條件：①荷載分項系數取1.0；②不考慮構件抗震等級引入的內力調整系數；③風荷載不參與計算。

中震結構承載力計算采用YJK中震等效彈性計算方法，分2個模型計算，其中底部加強區(qū)范圍采用中震性能3（即抗剪彈性、抗彎不屈服）方法完成，其他部位采用中震性能4（即抗剪不屈服、抗彎不屈服）方法完成。程序計算參數取值如下：①地震影響系數最大值按中震取值0.23；②構件抗震等級按非抗震，即不考慮構件抗震等級引入的內力調整系數；③結構阻尼比取0.05；④連梁剛度折減：對于性能3取0.6；對于性能4取0.5。結構中震整體計算結果見表4.

彈性動力時程分析結果 表3

表4

在中震作用下，底部加強區(qū)及上部豎向構件斜截面均保持彈性，正截面均未屈服。個別墻柱在中震不屈服驗算時為偏心受拉構件，經驗算拉應力平均值均小于混凝土抗拉強度標準值。水平構件受剪受彎均滿足屈服承載力設計要求，個別連梁斜截面抗剪屈服，經復核滿足截面限制條件。

5.4 大震豎向構件截面復核

大震作用下截面復核采用等效彈性計算，計算程序采用YJK大震性能5方法完成。計算參數如下：①荷載分項系數取1.0；②不考慮構件抗震等級引入的內力調整系數；③風荷載不參與計算；④地震影響系數最大值按中震取值0.5；⑤結構阻尼比取0.07；⑥連梁剛度折減取0.3；結構中震整體計算結果見表5.。大震作用下，豎向構件受剪截面均滿足《高規(guī)》3.11.3條式3.11.3-4的要求，底部加強區(qū)及上部豎向構件絕大多數滿足正截面、斜截面不屈服條件個別墻肢抗剪屈服，經驗算抗剪截面滿足截面限制條件。部分連梁抗剪、抗彎屈服，框架梁基本未屈服。

表5

5.5 大震動力彈塑性分析

采用YJK彈塑性時程分析軟件（YJK-EP）進行分析計算，分析模型中的桿件均采用纖維梁單元模擬。纖維梁單元能考慮軸力和彎矩共同影響，每根纖維的由軸力與雙向彎矩產生效應的組合。墻單元采用基于雙軸正交異性本構理論平板殼單元模擬。

根據抗震設防標準、場地條件、建筑物第一振型對應的周期等因素，對于50年超越概率2%的地震動參數選取適宜本場地的天然地震波Chi-Chi，Taiwan-05_NO_2937，Tg （0.41）、Kocaeli，Turkey_NO_1177，Tg（0.40）及人工波 01。地震波加速度峰值取為220gal。

大震動力彈塑性分析整體指標見表6.，結構在罕遇地震下的層間位移滿足小于1/120的規(guī)范要求，且有一定的富余，達到了“大震不倒”的抗震設防要求?？蚣芰杭斑B梁多數進入塑性，連梁塑性性能得到充分發(fā)展，起到很好的耗能作用，部分剪力墻出現中度損傷，個別剪力墻出現較嚴重破壞，大部分框架柱基本完好。實現二道防線的設計目標。在大震作用下各構件的出鉸順序基本上是：首先連梁屈服，其次部分框架梁屈服，最后是部分豎向構件出鉸。結構的彈塑性反應及破壞機制，符合結構抗震的概念設計要求，滿足既定的抗震性能目標。

表6

6 結語

本工程為B級高度高層建筑，存在位移比超限和豎向剛度比超限兩項不規(guī)則項，根據建筑形體和功能要求，采用框架-剪力墻結構體系。通過小震、中震和大震作用下的抗震性能分析，表明結構能夠達到預定的抗震設防目標。

由于受規(guī)劃條件限制，本工程高寬比較大達到7.57（《高規(guī)》建議值不超過6），造成結構底部豎向構件尺寸較大，柱截面為1.2m×1.2m且配置型鋼，墻厚600mm，結構經濟性較差，經試算，若將建筑面寬加大，高寬比調整到6以內，相同的結構布置，豎向構件截面尺寸可減小，實現較好的經濟性。