某超高層塔樓結構抗震性能分析

【摘要】某超高層塔樓為框支-剪力墻結構，扭轉不規(guī)則且豎向抗側力構件不連續(xù)，轉換層位于四層，屬高位轉換，為特別不規(guī)則超限高層建筑結構。主要介紹該結構的抗震概念設計及抗震性能目標，完成了結構整體受力性能分析、不同性能目標所需求的結構構件承載力驗算。計算結果表明，結構整體性能、承載力等均能滿足抗震性能目標的要求。

【關鍵詞】超高層結構；高位轉換；性能目標

1. 工程概況

1.1 項目概況

本項目位于西安城區(qū)未央路與龍首路十字東北角，地處未央區(qū)中心，集商業(yè)、住宅、酒店及車庫配套設施為一體的大型商業(yè)綜合體，總建筑面積28.7萬m2。綜合體由3座30層高層住宅塔樓、5座29層高層住宅塔樓、1座27層高層酒店、4層商業(yè)裙房和3層地下室組成。地下3層局部設有3個核6常6級二等人員掩蔽所。本文所述為29層8#住宅塔樓。

1.2 結構概況及超限判別

該塔樓為框支-剪力墻結構。其結構高度為96.800m，屬B級高度高層建筑；考慮偶然偏心的扭轉位移比大于1.2，且豎向抗側力構件不連續(xù)，轉換層位于4層，屬高位轉換。為特別不規(guī)則結構，屬超限高層建筑工程。

該塔樓抗震設防烈度為8度，Ⅱ類場地，設計地震分組第一組。

1.3 主要結構構件尺寸（單位：mm）及材料

該項目樓蓋均采用現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土梁板結構體系。地下室頂板厚180，轉換層板厚200，標準層樓板厚 100～150。裙房框架梁截面尺寸 200x650～400x800，框架柱截面尺寸 600x600～800x800；轉換層框支柱截面尺寸為800x1200～1200x2200，落地剪力墻厚200～800，框支梁截面尺寸600x1500～1200x2200。標準層剪力墻厚 200～300，框架梁截面尺寸 200x400～200x 600。

地下3層～4層混凝土強度等級，梁、板為C30，框支柱、框架柱及剪力墻為C50；轉換層梁、板、柱、剪力墻混凝土強度等級均為C50；6～10層混凝土強度等級，梁、板為C30，框架柱及剪力墻為C50；11～20層混凝土強度等級，梁、板為C30，框架柱及剪力墻為C40；21層以上梁、板、框架柱及剪力墻混凝土強度等級均為C30。

本工程結構中框支柱采用型鋼混凝土，鋼材材質為Q345B。

2. 塔樓抗震性能目標

按現(xiàn)行設計規(guī)范（《建筑抗震設計規(guī)范》[1]及《高層建筑鋼筋混凝土結構技術規(guī)程》[2]JGJ3-2010），綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構的特殊性、建造費用、震后損失和修復難易程度等各項因素后，該塔樓抗震性能目標定為C級 。

3. 結構計算分析

3.1多遇地震作用分析

分別采用SATWE 和MIDAS BUILDING軟件對該塔樓結構進行分析，考慮雙向地震的扭轉偶聯(lián)效應，并考慮偶然偏心的影響。

3.2 中震不屈服、中震彈性承載力驗算

轉換梁、轉換柱按中震彈性設計。地震影響系數(shù)最大值αmax 按中震（2.8倍小震）取值，不考慮地震組合內力調整系數(shù)，構件的承載力計算時材料強度采用設計值，荷載作用分項系數(shù)、材料分項系數(shù)和抗震承載力調整系數(shù)γRE的取值均同小震，采用SATWE進行分析設計。分析結果表明，框支柱、框支梁均保持彈性狀態(tài)。

底部加強區(qū)剪力墻按中震不屈服設計。構件的承載力計算時材料強度采用標準值，其他分析參數(shù)同中震彈性。分析結果表明，部分連梁出現(xiàn)了抗彎和斜截面受剪承載力不足。根據(jù)中震下的結構性能目標，允許部分構件進入非彈性工作階段和開裂，設計滿足要求。

3.3罕遇地震作用分析

根據(jù)現(xiàn)行設計規(guī)范要求，在罕遇地震作用下，應采用彈塑性靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑性變形。該塔樓采用PKPM之PUSHEPDA進行結構罕遇地震作用下的彈塑性靜力推覆分析（Push Over Analysis，簡稱POA）。

以上分析結果表明，8#塔樓X方向和Y方向的彈塑性層間位移角均滿足不大于1/120的限值要求。對應性能點時，結構整體上處于比較輕微損壞狀態(tài)，普通豎向構件部分中度損壞，關鍵構件輕度損壞，耗能構件中度損壞，部分比較嚴重損壞。針對極少數(shù)落地剪力墻發(fā)生剪切破壞的情況，施工圖設計過程中將對這些墻體適當加厚并提高配筋率，保證豎向構件在罕遇地震作用下具有良好的承載能力和變形能力。

4. 結論

（1） 該塔樓存在扭轉不規(guī)則、高位轉換和超A級高度等若干不規(guī)則性，屬于“特別不規(guī)則結構”。

（2） 多遇地震、中震、罕遇地震下結構抗震性能分析結果表明，該塔樓結構布置、構件截面尺寸選擇合理有效，能夠滿足“小震不壞”、“中震可修”、“大震不倒”的設防目標。

參考文獻

[1] GB 50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 西安未央印象城高層建筑工程超限設計可行性論證報告[R].深圳：深圳市中航建筑設計有限公司，2013.