深圳某公寓塔樓結構抗震設計

彭俊偉

摘 要：文章對深圳某公寓塔樓的結構抗震設計進行設計時采用ETABS、SATWE 軟件進行整體計算，補充了彈性時程分析分析、結構性能化設計，確保結構的安全使用。

關鍵詞：結構設計；基礎；超長地下室；塔樓

1 工程概況

該項目工程位于深圳，塔樓總建筑面積為56000m2。標準層尺寸為40.9m×32.5m。塔樓地上42層，第1～5層為商業配套使用，20層及35層為避難設備層，其余樓層主要功能為住宅公寓；地下4層，主要功能為商業、停車庫及設備用房，建筑高度為192.700m。

根據規范，本工程的設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，結構重要性系數γo=1.0?？拐鹪O防類別為標準設防類，抗震設防烈度為7度。設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。設計基本地震加速度值為0.10g，多遇地震水平地震影響系數最大值為0.08，反應譜特征周期Tg=0.35秒，阻尼比為0.05。根據地震安全性評價報告，小震規范反應譜小于安評報告提供的反應譜。因此，小震設計采用安評報告提供反應譜進行計算分析，中震、大震參數仍按照規范取用。

2 結構選型與布置

2.1 基礎類型。根據本工程巖土工程勘察報告，主要為豎向承壓控制，本工程采用人工挖孔樁基礎，樁端持力層為中風化花崗巖層，入巖深度2.0m，樁端持力層天然濕度單軸抗壓強度為18MPa。樁長約為9.5m～18.5m。

2.2 地下室結構。地下室核心筒底板厚3000mm，非核心筒區域底板厚1000mm，側壁厚度為600～800mm，頂板采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋。

2.3 上部結構體系。由于本工程所處地區風荷載較大并起主導作用，因此滿足提高結構的抗側剛度是關鍵，所以綜合考慮，本工程采用框架-核心筒結構體系。

外框架體系將作為有效承重體系，大部分豎向荷載通過軸力的方式向下傳送，而混凝土核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是提供了強大的抗側力剛度。外框柱采用型鋼混凝土柱，提高了外框架的延性，同時提高承載力，有效的減小了截面尺寸，提高了建筑使用效率。

3 結構整體計算

根據規程要求，體型復雜、結構布置復雜的高層建筑結構，應至少采用兩個不用的結構分析軟件進行整體計算。本工程采用SATWE 和ETABS 分別進行計算。經計算、對比兩個結構模型的總質量、振型、周期、基底剪力等主要指標，ETABS 與SATWE 兩個程序的計算結果基本吻合。

從表1的比較結果可見，計算結果較為接近，結構的主要振型以平動為主，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比均小于0.85，滿足《規程》的要求。

計算結果表明，各樓層最小剪重比X方向為1.20%，Y方向為1.20%。滿足規范要求。

4 時程分析

地震動地面加速度時程曲線從安評報告相關部門提供的人工模擬曲線及地震波數據庫（二類場地Tg= 0.35～0.40s）的實際記錄時程曲線中挑選，這些時程曲線相對應的反應譜曲線（阻尼比為0.05）與安評報告提供的場地反應譜的對比如下圖所示。這此時程曲線經小震分析后所得的小震下（63%超越概率）的基底剪力與振型分解反應譜法所得的基底剪力對比如下表所示。地震波的峰值加速度取值為35cm/s2（小震）。

根據《抗震規范》采用時程分析法，應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線。本工程采用1條人工波加2條天然波（雙向記錄）對結構進行時程分析。

時程計算結果表明：（1）通過地震波時程分析并規范譜對比，表明地震波的選取滿足規范關于基底剪力的要求。（2）由于反應譜不能考慮高階振型的影響，局部樓層時程分析得到的地震力大于反應譜結果，故對頂部的地震力進行放大處理。

5 性能化設計

綜合考慮本工程地處7度區，且為超B級超限高層建筑，設定其結構總體按性能目標為C級。

中震階段的內力計算采用彈性方法，用SATWE 分別進行中震彈性設計、中震不屈服設計。經過對外框柱進行承載力分析，分析表明底部加強區的外框柱滿足中震彈性的要求，非底部加強區的外框柱滿足中震不屈服的承載力要求。外框柱在中震作用下不存在拉力。剪力墻構件底部加強區滿足中震抗拉不屈服、抗剪彈性要求，剪力墻無需配置型鋼。

大震階段的內力計算采用等效彈性方法，用SATWE 進行大震不屈服設計。大震不屈服設計結果表明：在大震作用下，外框柱未開裂，滿足性能化要求，墻體通過墻內鋼骨的調整，基本滿足大震墻體抗拉、抗剪性能設計要求。

綜合上述分析結果，本工程結構構件的抗震性能水準可達到預期的目標。

6 加強措施

結構除了高度超限，其它不規則性整體不超限，因此核心筒可采用一級抗震等級，外框柱采用一級抗震等級。同時對底部加強區的關鍵豎向構件進行抗彎中震不屈服和抗剪中震彈性設計。最后對底部剪力墻進行大震的受拉受剪復核，以保證大震不倒的目標。

核心筒在底層厚度為900mm，底部加強區使用型鋼混凝土剪力墻，增加延性及滿足軸壓比要求。對底部加強區的關鍵剪力墻構件進行中震不屈服驗算，提高在中震作用下的抗拉及抗剪性能。

針對外框柱，除了滿足一級抗震等級的構造，同時保證大、中震達到較高的性能要求。在小震組合設計時還應滿足0.2V0的框架剪力調整，經調整后，外框柱的承載力進一步提高。

針對連梁，連梁構件是重要的耗能構件，設置鋼骨會使連梁的耗能性能減弱，因此設置連梁鋼骨的準則：保證風荷載作用下連梁構件不超筋，同時由于地震作用的引起超筋，連梁可以不專門設置鋼骨。

7 結語

本工程采用框架-核心筒結構，經計算分析、合理設計，結構可達到C 級抗震性能目標。

參考文獻

[1] GB50223-2008，建筑工程抗震設防分類標準[s].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[s].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] GB50011-2010，建筑抗震設計規范[s].北京：中國建筑工業出版社，2010.