泉州和昌貿易中心超高層辦公樓抗震設計

許志龍

（福建省閩武建筑設計院有限公司泉州分公司　福建　泉州）

泉州和昌貿易中心超高層辦公樓抗震設計

許志龍

（福建省閩武建筑設計院有限公司泉州分公司福建泉州）

本文主要內容為和昌貿易中心超高層辦公樓的結構設計思路，文中進行該工程的結構分析，針對超限情況采取加強措施，多個手段計算分析，可為類似工程提供參考。

超高層辦公樓；框架核心筒結構；彈性時程分析；中震設計分析；靜力彈塑性分析

1　工程概況

泉州和昌貿易中心位于泉州市豐澤街與田安路交叉口東南角。工程地上建筑面積約13.08萬m2，地下室建筑面積6.3萬m2。由一幢32層超高層辦公樓（總高度140.05m），一幢28層高層公寓樓（總高度99.45m），兩幢19層高層辦公樓（總高度99.05m）和5層裙房商業樓（高度23.95m），4層連體地下室組成。首層以上各塔樓及商業裙房之間采用防震縫分開，形成各自獨立的抗震單元。本文主要介紹32層超高層辦公樓超限抗震設計的主要內容。

2　地質條件及地震作用

根據勘察單位提供的地質勘察報告，本場地內分布有淤泥軟弱土和可液化的粗（中）砂層。場地土類型屬中軟土，建筑場地類別為Ⅱ類。據地質報告描述，擬建場地內基巖不存在控制滑動的軟弱夾層、臨空面等，場地現狀不存在泥石流、滑坡、崩塌、采空區、巖溶及洞穴等不良地質作用，本場地適宜作為擬建項目的建設用地，但屬于對抗震不利地段，根據場地安評報告，該場地適宜建設擬建物。

根據《建筑抗震設計規范》及場地安評報告，本工程地震作用如下：抗震設防烈度：Ⅶ度；設計基本地震加速度：0.15g；設計地震分組：第三組；建筑場地類別：Ⅱ類；場地特征周期：0.45s；水平地震影響系數最大值αmax：多遇地震0.127（安評），中震0.34，大震0.72。

3　結構選型與布置

超高層辦公樓采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構，樓蓋為現澆鋼筋混凝土梁板體系。地上部分32層，室外地面至大屋面高度為140.05m，為B級高度超限高層。標準層層高3.9m，避難層在第6、17、26層，建筑平面長度為62.6m，寬度為31.70m，建筑高寬比為4.4。效果圖如圖1（橢圓形辦公樓）。

主樓平面中部設置鋼筋混凝土核心筒筒體，四周采用鋼筋混凝土柱，平面布置成橢圓形，豎向剛度均勻無突變，重力荷載下結構質心和剛心基本重合。為確保重力荷載的有效傳遞和重力荷載下結構的安全性，結構上采取以下措施：

（1）鋼筋混凝土核心筒體和外周混凝土柱從基礎頂面至樓頂上下貫通；

（2）建筑重量主要由鋼筋混凝土核心筒以及外周的混凝土柱承擔，結構無剛度突變和結構轉換；

（3）核心筒體和外周混凝土柱之間采用現澆鋼筋混凝土梁連接。

圖1　和昌貿易中心效果圖

4　結構分析與計算

4.1計算原則及計算內容

結構抗震設計采用性能化設計，結構抗震性能目標設在D級，即為小震下滿足性能水準1的要求，中震滿足性能水準4的要求，大震下滿足性能水準5的要求。

基本計算內容：

（1）多遇地震設計方針：采用靜力彈性分析，采用SATWE及PMSAP進行對比計算，保證整體結構的各項指標滿足規范要求，確定構件尺寸，保證結構的變形滿足國家現行規范的要求；并采用彈性時程分析作為補充計算，與CQC法分析結構作比較，確保CQC法分析的可靠性；

（2）中震設計方針：對豎向抗側力構件的抗彎承載力按中震不屈服驗算；對豎向抗側力構件的抗剪承載力按中震彈性驗算，確保結構在中震作用下具有良好的抗剪和抗彎性能；

（3）罕遇地震設計方針：進行靜力彈塑性分析（PUSHOVER），了解罕遇地震作用下結構的破壞機制，按規范控制罕遇地震時結構的彈塑性層間位移角，確保大震不倒。

4.2計算結果與分析

（1）多遇地震彈性計算（SATWE和PMSAP）如表1、表2。

PMSAP和SATWE計算出的周期、基底剪力、層間位移角及位移比均比較接近，兩個程序可以相互校核。

采用彈性時程分析法進行補充計算，時程法計算結果與反應譜法計算結果基本吻合，僅在頂部31～39結構層時程曲線平均值會突出振型分解反應譜曲線，因此可采用振型分解反應譜法的結果進行結構設計，僅在31～39結構層地震力放大1.1倍。

（2）中震設計分析。

表1　結構模態信息

表2　地震荷載（反應譜法）和風荷載下計算得到的結構最大響應

本工程中震作用下進行抗剪“中震彈性設計”及抗彎“中震不屈服設計”，具體做法如表3所示。

表3

中震抗剪彈性驗算結果：底部加強區1～4F的局部剪力墻在中震作用下，抗剪截面不能滿足要求。故采用加設鋼板的方法來處理底部加強區局部抗剪截面不足的問題。

中震不屈服驗算結果：所有柱在中震下均保持彈性狀態，構件配筋沒有超筋，配筋與小震作用相當。底部加強區按中震不屈服和小震作用的較大值配置剪力墻端部暗柱鋼筋，剪力墻分布鋼筋按中震彈性結果配置，剪力墻底部加強區采用設置型鋼的方法來抵抗底部加強區出現受拉的問題。

（3）罕遇地震下靜力彈塑性（PUSHOVER）分析。

罕遇地震作用下，PUSHOVER分析所得的性能控制點處結構的內力和變形數據如表4所示。

表4

本工程在罕遇地震作用下的靜力推覆分析結果表明，樓層的薄弱位置剪力墻等關鍵構件在罕遇地震下仍具有一定的安全儲備，底部加強區高度范圍內剪力墻的混凝土被壓碎，但剪力墻未屈服，連梁和框架梁梁端出現較多的塑性鉸。

在性能點處，各方向最大層間彈塑性位移角1/159，小于框架-核心筒結構層間彈塑性位移角限值1/100，符合《高層建筑混凝土結構技術規程》第3.7.5條的規定，建筑物可實現“大震不倒”的抗震設防目標。

5　針對結構不規則及超限情況采取的加強措施

參照建設部建質[2010]109號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，本工程存在高度超限，屬B級高度高層，并存在扭轉不規則，二層樓板出現樓板有效寬度小于典型樓板寬度的50％而存在樓板不連續。

5.1計算措施

（1）針對平面“扭轉不規則”，在計算中，考慮扭轉耦聯的振型分解反應譜法計算，同時控制結構扭轉周期（第三周期）和第一平動周期的比值在0.85以下，本工程T3/T1=3.0941/3.8007= 0.814。

（2）針對“樓板不連續”，將樓板連接薄弱處定義為彈性板，樓板加厚，并配置雙層雙向鋼筋。

（3）針對“高度超限”，在計算中嚴格控制樓層層間水平位移的絕對值，將樓層層間位移角控制在1/800以下，嚴格控制柱和剪力墻的軸壓比。

（4）在計算中采取性能化設計，對其豎向構件抗彎承載力按中震不屈服設計，抗剪承載力按中震彈性設計。對整體結構進行罕遇地震下的PUSHOVER分析，以驗證結構能否滿足大震階段不倒塌的抗震設防要求，并尋找薄弱樓層與薄弱構件，對薄弱部位制定相應的加強措施。

5.2構造措施

（1）由于本工程體型呈橢圓形，橢圓的兩端點突出部位在水平向地震力作用下位移較大，為增加結構的整體剛度，上下各沿水平向加設兩片1000～1400厚的剪力墻，與中部核心筒共同形成抗側力體系。

（2）剪力墻在底部加強區高度范圍內，中震受拉部位加設型鋼。

（3）剪力墻在底部加強區的抗震等級為特一級，水平筋與豎向筋配筋率分別調高至0.40％。

6　結論與建議

本工程屬于平面和豎向較規則，雖然高度超限，但結構布置合理，并對結構的薄弱處采取了有效的構造加強措施，使得結構仍具有較好的抗震性能，計算結果滿足現行規范要求。本超高層辦公樓目前已經通過超限審查及施工圖審查，處于現場施工階段。

[1]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點（建質[2010]109號）.

TU973+.31

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1673-0038（2015）10-0011-03

2015-2-22