珠海恒隆超限高層結構抗震設計

武 芳

(深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司，廣東 深圳 518054)

1 工程概述

本工程位于珠海市拱北區(qū)，占地1.5萬m2。地上由 A，B，C三座42層塔樓及局部4層商業(yè)組成，地下設有2層地下室，總高度143.40 m。屬超高層一類建筑，耐火等級為一級。

三座塔樓均為部分框支剪力墻結構，底部4層裙房連在一起，在6層板面轉換，為超B級高度工程;4層商業(yè)裙房采用框架結構，與A～C單元之間通過鋼結構連接。地下2層部分區(qū)域設3個六級人防分區(qū)。

本工程利用電梯井、樓梯間設置筒體剪力墻，標準層墻厚為200 mm～400 mm。轉換層以下，塔樓中心筒體及周邊部分墻體落地，其余均為框支柱轉換。落地剪力墻及筒體加厚，厚度200 mm～1 200 mm。框支層樓板厚度取180 mm，相鄰層板厚不小于150 mm，雙層雙向配筋。

由于篇幅有限，本文主要介紹A座塔樓超限設計分析要點，其結構圖見圖1，圖2。

工程設計年限50年，地震烈度7度，設計地震分組為第一組，基本加速度值為0.10g。根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑設計規(guī)范》(以下簡稱《高規(guī)》)，框支框架及底部加強區(qū)剪力墻為特一級，框架及一般部位剪力墻抗震等級為一級。

基礎采用沖孔灌注樁。樁端持力層選用中風化或微風化花崗巖層，樁端承載力特征值為6 500 kPa，12 000 kPa。樁徑主要為1.0 m～2.2 m，樁長約13 m～39 m。樁基的安全等級為一級。

圖1 A座塔樓轉換層結構平面圖

圖2 A座塔樓標準層結構平面圖

本工程場地地震安全性評價報告提供的多遇地震影響系數(shù)取值大于規(guī)范值，為安全起見，本工程多遇地震反應譜部分采用安評報告提供的數(shù)值進行計算，設防地震和罕遇地震仍按規(guī)范值計算。

2 超限類型及工程抗震性能目標

1)塔樓高度143.40 m，為超B級高度;

2)扭轉不規(guī)則，樓層最大彈性層間位移與平均值的比值為1.37，大于 1.2;

3)豎向構件不連續(xù)，結構在六層設有轉換層，為高位轉換;

4)有效樓板寬度小于典型樓板寬度50%。

根據(jù)以上四項超限判定，對應的各類型結構構件抗震性能目標見表1。

表1 各類型結構構件抗震性能目標

3 彈性計算結果及分析

采用SATWE及ETABS兩個軟件進行多遇地震下的彈性計算分析。計算中考慮偶然偏心，雙向地震及扭轉耦聯(lián)影響。兩種程序計算結果基本一致，均滿足規(guī)范要求，說明計算模型能較好的反映結構在風及地震作用下的彈性受力性能。表2為A座塔樓計算結果部分數(shù)據(jù)，剪重比按規(guī)范調整后為1.6%。

表2 A座塔樓彈性反應譜計算分析結果

采用SATWE軟件按建筑場地類別和設計地震分組，選用兩組天然地震波和一組人工模擬地震波進行結構彈性時程分析，分析結果詳見表3。

表3 A座塔樓彈性時程分析結果

計算結果表明，地震波的選擇滿足規(guī)范要求。

4 中震設計

中震設計以基本烈度地震參數(shù)輸入結構進行抗震分析，采用SATWE軟件進行計算，框支柱在設防地震作用下計算配筋與多遇地震作用時基本相同，提高縱筋最小配筋率和最小體積配箍率進行配筋，在設防地震作用下，框支柱可保持彈性狀態(tài);落地剪力墻在設防地震作用下，豎向鋼筋計算配筋偏大，提高剪力墻約束邊緣構件配筋率進行配筋，能滿足設防目標要求;個別框支梁及一般剪力墻設防地震作用下計算配筋比多遇地震作用時大，設計時應按照設防地震作用下的計算配筋進行校核，以達到設防目標;連梁及普通框架梁，設防地震作用下大部分計算配筋比多遇地震時大，部分連梁及框架梁超筋，梁端出現(xiàn)屈服，設計時適當加強配筋，特別是箍筋，以保證梁的屈服性質是具有延性的抗彎屈服。

5 罕遇地震下靜力彈塑性分析

本工程采用結構通用計算軟件Midas/Gen進行靜力彈塑性分析(即Pushover)，以評估此建筑主體結構在罕遇地震作用下的抗震性能。Midas/Gen的Pushover分析是基于FEMA-273和ATC-40標準。

計算中采用非線性本構關系模型，梁單元用彎曲鉸，柱單元用PMM鉸，墻單元兩端采用PM鉸，中間采用等效剪切鉸。

計算結果表明:在罕遇地震作用下，A座塔樓有部分梁塑性鉸和極少數(shù)墻塑性鉸產(chǎn)生。其中，部分梁的塑性鉸發(fā)展到CP階段(防止倒塌極限狀態(tài));極少數(shù)墻的塑性鉸發(fā)展到CP階段，X方向轉換層上一層個別鉸發(fā)展到E階段(最大變形能力狀態(tài))。出鉸情況表明，在罕遇地震作用下，剪力墻承擔了絕大部分的地震作用，結構整體上處于塑性發(fā)展階段的初期，結構整體上滿足“大震不倒”的性能目標。

6 超限結構抗震加強措施

針對本工程超限情況，采取了以下措施:

1)施工圖設計時主要構件(框支框架，落地剪力墻等)取各程序計算得到的不利結果進行設計。

2)對帶轉換層結構，采取措施減小轉換層上、下結構側向剛度和承載力的變化;適當增大框支梁截面，將框支梁剪壓比控制在0.15以內。

3)對轉換層、標準層核心筒部位、各塔樓連接層及其他薄弱部位樓板增加板厚，加強配筋。

4)適當提高框支柱的配筋率，內設芯柱;加大底部加強區(qū)剪力墻約束邊緣構件縱向鋼筋及豎向分布筋配筋率;在底部筒體外圍剪力墻的約束邊緣構件內配置鋼筋芯柱，配筋率大于0.8%，同時保證其抗剪承載能力達到“強剪弱彎”的抗震結構要求。

7 結語

該工程屬于超限高層建筑，對關鍵構件設定了三水準抗震性能目標。在設計過程中，采用多個程序對結構進行了彈性，彈塑性計算分析，除保證結構在小震及風荷載作用下處于彈性狀態(tài)外，補充了關鍵構件在中震和大震下的驗算，并對重要構件采取了加強措施，實現(xiàn)了預期的性能目標，滿足規(guī)范要求。

[1] GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[2] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[3] 趙 明，于海博，毛英杰，等.超限高層小震設計與中震設計的對比分析[J].建筑結構，2010，40(10):45-46.

[4] DBJ/T 15-46-2005，廣東省實施《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ 3-2002)補充規(guī)定[S].