大連天地軟件園E-3地塊T1號樓結構設計

李 軍 孫曉剛 胡玉海

(大連市建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

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大連天地軟件園E-3地塊T1號樓結構設計

李 軍 孫曉剛 胡玉海

(大連市建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

以大連天地軟件園E-3地塊T1號樓工程為例，介紹了該建筑的結構體系與設計參數，并判斷了其超限情況，進行了小震、中震及大震彈塑性分析，最后針對該項目的特點提出了結構加強措施。

超高層，抗震性能，結構體系，彈塑性分析

1 工程概況

大連天地軟件園河口E-3地塊T1號樓工程位于大連市高新區河口灣產業區,為1棟地上36層結構高度為135.1 m的超限高層酒店，單體地下及地下車庫為地下2層。

建筑效果圖及立面圖見圖1。

2 結構體系及設計參數

2.1 結構體系

T1號樓為鋼筋混凝框架—核心筒的結構。抗側力構件為鋼管混凝土疊合柱和混凝土核心筒。核心筒剪力墻厚度由600,400漸收到300,200，其混凝土強度由C60漸變至C30，外框架柱31層以下采用鋼管混凝土疊合柱，柱截面由1 150×1 150φ700×24漸收到900×900φ600×16，疊合柱管內混凝土強度由C80降至C40，管外及混凝土墻混凝土強度由C60降至C30，塔樓標準層結構布置圖如圖2所示。

2.2 主要地震設計參數

結構抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.1g，設計地震分組為第二組，場地土類別為Ⅱ類，特征周期為0.40 s(規范)，0.35 s(安評)，結構阻尼比為0.05。水平地震影響系數最大值為0.099(小震取自安評)；0.283(中震取自安評)；0.50(大震取自規范)，剪力墻及框架抗震等級：地下2層為二級,其余為一級。

2.3 反應譜及地震波

各烈度地震下安評與規范譜的參數見表1。

表1 各烈度地震下安評與規范譜的參數

從表1可以看出，本場地安評反應譜大于規范反應譜，設計時必須考慮安評反應譜的影響。

3 超限判斷

具體超限情況小結如下：3層、4層側向剛度與上層70%及上3層平均值80%的較小值的比值小于1.0，為豎向不規則結構，為軟弱層；X,Y向地震作用下，塔樓1層～6層部位最大位移與層平均位移的比值大于1.2，為平面不規則結構；Y方向的偏心率最大值為0.165 8，為偏心布置。本工程結構高度超限，達到B級高度。綜上，本工程需要進行詳細的抗震分析，同時需要進行超限高層建筑工程抗震設防專項審查。

4 抗震性能目標

本項目為B級高度超限高層，結構抗震設計應采用基于性能化的設計方法。結構抗震性能目標定為D級。

5 小震下結構分析

5.1 周期與振型

本項目小震計算采用兩種結構分析軟件ETABS和SATWE。

結構的嵌固部位為地下室頂板，地下1層與地上1層側向剛度比在X向及Y向分別為3.778與2.891，滿足不小于2的要求。

兩種軟件計算的周期見表2。

表2 兩種軟件計算的周期

兩種軟件計算的扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比分別為0.517和0.428，均小于0.85,兩種計算軟件的模態基本一致。

5.2 結構位移角

本項目結構高度135.1 m，介于高規中規定的130 m與180 m之間。兩種軟件計算的層間位移角X向1/873～1/960,Y向1/1 043～1/1 096，層間位移角均滿足不超過1/800的要求。

5.3 基底剪力及剪重比

抗震計算中，結構各樓層的地震剪力標準值應滿足樓層最小地震剪力系數，本項目SATWE層剪重比X向為1.83%，Y向為1.94%，滿足要求。

5.4 剛重比

塔樓X向及Y向的剛重比分別為2.67和3.22，X向大于1.4小于2.7，剛重比滿足規范要求且計算時需要考慮重力二階效應的影響。

5.5 外框架分擔內力

底層框架承擔的剪力在X向與Y向占總剪力的18.21%和17.36%，承擔抗傾覆彎矩占總傾覆彎矩的X向24.28%和Y向22.47%，外框架承擔的剪力及傾覆力占總剪力及總彎矩的比例符合一般框架—核心筒的要求。

5.6 彈性時程分析

本工程時程分析采用兩條天然波和一條人工波，三條地震波進行時程計算所得底部剪力值與振型分解反應譜法計算結果比較，三條地震波的選擇是符合法規要求，振型分解反應譜法計算的地震作用大于時程分析計算結果，采用振型分解反應譜法作為結構設計依據是安全可靠的。

5.7 墻肢及疊合柱軸壓比

剪力墻的底部最大軸壓比小于0.40，框架疊合柱最大軸壓比小于0.75，滿足規范要求。

6 中震下結構分析

按照“中震可修”的原則，采用等效彈性方法進行中震下的關鍵構件驗算，確保其達到設定的性能指標。

6.1 中震抗剪彈性驗算

底部加強部位的墻肢滿足中震抗剪彈性的要求，墻肢的水平分布筋均不超筋，框架柱截面抗剪承載力滿足中震抗剪彈性的要求。

6.2 中震抗剪不屈服驗算

底部加強區以外的墻肢按中震不屈服進行驗算，滿足抗剪截面的要求。

6.3 中震偏拉偏壓不屈服驗算

底部加強部位的絕大部分墻肢滿足偏拉偏壓承載力中震不屈服的要求。僅在筒體角部個別墻肢出現整體受拉的狀態。

底部加強區以外的墻肢滿足偏拉、偏壓承載力中震不屈服的要求。墻肢未出現整體受拉的情況，保證了墻肢抗剪的有效性。

7 大震下結構分析

采用等效彈性和靜力彈塑性的方法進行大震下構件驗算，驗證結構構件的抗震性能目標。

7.1 大震作用下主要墻肢受剪截面驗算

驗算了大震下主要墻肢受剪截面，無論底部加強區還是非底部加強區(變混凝土標號)的主要墻肢在大震作用下截面剪應力均滿足截面控制要求。

7.2 大震作用下靜力彈塑性分析

為了找出結構薄弱部位，控制整體結構的彈塑性變形，確保結構在大震作用下不發生倒塌，對主體結構進行了大震作用下的彈塑性靜力分析(PUSH-OVER)。

分別按側推荷載沿X向和Y向作用進行PUSH計算，抗倒塌驗算圖結果匯總見表3。

表3 抗倒塌驗算圖結果匯總

由表3可以看出，結構在大震作用下能力曲線能夠與需求譜曲線相交，說明結構在大震作用下不會倒塌。性能點對應的層間位移角均滿足規范不大于1/100的要求，結構進入彈塑性階段后剛度分布較為合理，沒有出現明顯的薄弱層。

8 結構加強措施

1)3層、4層為軟弱層，計算時對3層、4層的地震力乘以1.25的放大系數。2)控制柱軸壓比不大于0.65，并采用鋼筋混凝土疊合柱，來保證柱的延性，同時柱箍筋全高加密，保證多道抗震防線能夠有效協同工作。3)時程分析表明結構30層以上部分時程分析計算值大于振型分解反應譜法計算值。計算時地震剪力在30層以上部分放大1.1倍，增加結構安全度。4)中震偏拉偏壓不屈服驗算時，底部加強部位核心筒角部的墻肢出現整體受拉狀態。設計時，該部位核心筒墻內設置型鋼，提高其抗拉及抗壓能力。5)結構靜力彈塑性分析結果，結構底部加強部位剪力墻肢出現受拉的情況，個別墻肢剛度退化較明顯。設計時提高底部加強區墻段邊緣構件的配筋率和豎向鋼筋的配筋率。

9 結語

本次超限項目進行彈性、彈塑性計算及小震時程分析，驗證了抗震性能化設計所設定的抗震設防目標，各項指標均滿足規范要求，各種加強措施保證了結構的安全可靠。并于2012年1月通過了遼寧省初步設計抗震設防專項審查。

注：超限文件編制過程中感謝大連建筑設計研究院有限公司結構首席總工程師王立長和技術處結構總工程師曲鑫蕃的幫助和指導。

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[6] GB 50020—2010，混凝土結構設計規范[S].

On structural design of T1 Building at E-3 Parcel of Tiandi Software Park in Dalian City

Li Jun Sun Xiaogang Hu Yuhai

(DalianArchitecturalDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Dalian116021,China)

Taking T1 Building at E-3 Parcel of Tiandi Software Park in Dalian City as the example, the paper introduces the structural system and design parameter of the building, undertakes the medium and major seismic elastic and plastic analysis, judges its out-code cirstances, and points out the measures for the reinforcement.

ultra-high-rise, seismic performance, structural system, elastic and plastic analysis

1009-6825(2017)15-0033-02

2017-03-15

李 軍(1975- ),男，高級工程師，國家一級注冊結構工程師

TU318

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