建筑結構超限設計可行性分析之中震性能分析
——以蘿崗奧園廣場H-6號樓為例

全良

（廣東省建筑設計研究院 廣東廣州 510010）

1 工程概況

蘿崗奧園廣場項目基地位于廣州廣州蘿崗區，基地北靠香雪大道、東臨開蘿大道、南臨開創大道、西臨香雪八路。其中本文以超限辦公塔樓H-6為例來展開說明，本工程用地面積為52914m2，總建筑面積為286172m2，其中，地下建筑面積為73759m2，地上建筑面積為212413m2，包含了兩層地下室，一棟34層塔樓及其綜合商業裙樓。建筑物的主要功能：裙房部分為商業；塔樓部分為辦公、商鋪、避難層等；地下室部分為停車庫和設備用房等，地下一層局部為商業，地下二層為核六級及核五級人防地下室。塔樓外包尺寸為36.5×36.5，主要層高為5.0/4.2m，長寬比為1.0，高寬比為 4.0。

本工程建筑剖面圖見圖1，結構整體電算模型三維圖見圖1及圖2。

圖1 建筑立面圖

圖2 結構模型三維圖

2 設計條件

2.1 設計基準期及結構設計使用年限

根據《建筑結構可靠度設計統一標準》（GB50068-2001），本工程的設計基準期為50年，結構的設計使用年限為50年。本工程建筑結構安全等級為二級；地基基礎設計等級為甲級。

2.2 地震作用

（1）本工程抗震設防烈度為Ⅶ度，II類場地，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.1g，特征周期0.35s（規范值）、0.35s（安評值）。

（2）根據建筑提供的建筑面積和人數，本工程綜合商業區商業面積為3.2萬m2，營業面積為2.9萬m2，商業區人流約1.1萬人；高層塔樓的辦公建筑面積2.8萬m2，辦公經常使用人數5000人。根據《建筑工程抗震設防分類標準》第6.0.5條、6.0.11條及《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第3.1.1條，裙房屋面（5層樓面）以上的高層辦公塔樓抗震設防分類為標準設防類，裙房屋面以下的部分抗震設防分類為重點設防類。

2.3 工程場地安全性評價

根據廣東省地震工程勘測中心提供的《工程場地地震安全性評價報告》，有關結論如下：

本工程場場地存在飽和砂層和淤泥類軟弱土層，但由于場地位于地震烈度Ⅵ度區，可不考慮砂土液化的影響和軟土震陷的影響，場地地震穩定性良好，適宜新建本工程。

3 結構布置、選型

3.1 結構體系

本工程塔樓采用框架－核心筒結構體系，核心筒尺寸約為16.7m×16.5m，筒體外壁厚由底部650mm向上逐步收至400mm。應甲方要求，外圍框架柱全部采用普通鋼筋混凝土柱，由底部直徑1700mm、1550mm向上逐步收至1300mm、1200mm。塔樓高寬比4.0，核心筒高寬比9.0。

塔樓南側大堂位置因為建筑空間要求，形成四層通高的穿層柱，穿層柱按實際長度計算長細比進行穩定驗算，適當加強穿層柱周圍柱的抗震措施。

3.2 樓蓋體系

根據結構體系特點、使用要求和施工條件，本工程均采用現澆鋼筋混凝土梁板體系，整體性良好。各層樓蓋的主要布置原則如下：

（1）地下室底板采用平板結構，板厚h＝500mm。

（2）地下室負一層除塔樓區域外，其余均采用帶柱帽的無梁樓蓋，板厚h=350mm（六級人防區）、250mm（非人防區）。塔樓范圍為采用梁板結構，板厚h=150mm。主要梁截面：400×800。

（3）首層（地下室頂板），塔樓及裙樓范圍采用梁板結構，板厚h=150mm。其余位置采用無梁樓蓋，板厚h=400mm。

（4）首層以上塔樓商業和辦公位置采用梁板結構，板厚主要為150mm（核心筒內部）、120（其余區域）。

（5）屋面層板厚h=150mm。

3.3 計算嵌固層的確定

本工程由于結構地下一層相關部位樓層側向剛度小于地上一層的側向剛度的2倍，因此地下室頂板不作為嵌固端，工程計算嵌固層確定為地下室負一層樓面。

3.4 主要構件尺寸

3.4.1 剪力墻

塔樓位置剪力墻，除電梯井道剪力墻厚度為200～300mm，筒體外圍墻厚 650～400mm。

3.4.2 框架柱

地下室及裙樓采用鋼筋混凝土柱，主要截面：600×1200、600×1000、600×600。

塔樓采用鋼筋混凝土柱，由底部φ1700mm、φ1550mm向上逐步收至φ1300mm、φ1200mm。

3.4.3 框架梁

采用鋼筋混凝土梁，塔樓框架梁主要截面為400mm×800mm。

4 結構的中震驗算

4.1 性能目標

本工程主塔樓結構抗震性能目標選C級，結構構件實現抗震性能要求的層間位移角指及結構構件的承載力設計要求以《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.11章節規定為標準。

本工程結構構件性能設計目標要求為：關鍵構件（塔樓核心筒剪力墻、塔樓外圍框架柱）、普通豎向構件（裙樓框架柱）及耗能構件（塔樓核心筒剪力墻連梁、樓面框架梁）在多遇地震（水準1）層間位移角要求1/800，結構整體性能完好無損，仍處彈性階段；設防地震（水準3）中，關鍵構件及普通豎向構件抗剪無損壞（彈性），抗彎輕微損壞并不屈服，耗能構件抗剪輕微損壞并不屈服，抗彎輕度損壞允許部分屈服，；罕遇地震（水準4）要求層間位移角為1/100，整體性能為中度損壞。

4.2 計算參數

采用SATWE軟件對設防烈度地震（中震）作用下，除普通樓板、次梁以外所有結構構件的承載力，根據其抗震性能目標，結合《高規》中“不同抗震性能水準的結構構件承載力設計要求”的相關公式，進行結構構件性能計算分析。本工程的框架柱、核心筒剪力墻等關鍵構件的正截面承載力以及其他構件的承載力驗算按中震彈性和中震不屈服的計算方法計算，中震計算參數如表1。

表1 中震計算參數

4.2.1 中震驗算的整體計算結果

按按彈性樓板計算的簡要計算結果如表2。

表2 中震計算簡要結果

塔樓中震作用下部分耗能構件（框架梁、連梁）的屈服分布如圖3～4所示（圖中畫圈的地方）（節選）。

4.2.2 中震作用下構件破壞情況

（1）采用中震彈性方法計算，所有豎向構件的抗剪配筋均未出現超筋的情況，屬抗剪彈性。

（2）采用中震不屈服驗算時，核心筒剪力墻、塔樓鋼筋混凝土框架柱和裙房框架柱均未出現正截面承載力不足的情況，底部加強區的剪力墻配筋較小震作用下并無明顯增大，其他剪力墻和框架柱的配筋也未出現明顯增大情況，能實現“抗彎不屈服”的性能目標。

（3）中震不屈服計算結果下，塔樓和裙樓的框架梁滿足抗剪截面驗算，部分樓層框架梁出現正截面承載力不足。與小震下框架梁配筋相比，中震下框架梁的配筋增加顯著，框架梁支座底筋增大約10%，支座面筋增大約50～150%，箍筋無明顯增大。

圖3 第4層中震作用下梁屈服分布圖

（4）中震不屈服計算結果下，連梁滿足抗剪截面驗算，中低區部分樓層連梁出現屈服。與小震下連梁配筋相比，中震下連梁的配筋增加顯著，框架梁縱筋增大約50～150%，箍筋增大約50～100%，具體如表3。

5 結論

綜上所述，本工程雖然屬于B級高層建筑，但結構形式比較簡單、體型規則，我們在設計中充分利用概念設計方法，對關鍵構件設定抗震性能化目標。同時在抗震設計中，采用多種程序對結構進行了彈性、彈塑性計算分析，除保證結構在小震下完全處于彈性階段外，還補充了關鍵構件在中震的驗算，計算結果表明，多項指標均表現良好，基本滿足規范的有關要求。根據計算分析結果和概念設計方法，對關鍵和重要構件作了適當加強，以保證在地震作用下的延性。因此，可以認為本工程除能滿足“中震下主要構件不屈服、震后可以修復”的抗震設防目標，該結構是可行且安全的。

[1]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3-2010）.

[2]《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）.

[3]《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》（粵建市函[2011]580號）.