長沙富力洋湖之心綜合體主塔樓超限結構設計

文/闞光勇、林慧、何牧之、岳明、劉晟 深圳市華陽國際工程設計股份有限公司 廣東深圳 518048

1、工程概況

圖1 建筑立面效果

長沙富力洋湖之心項目位于長沙市岳麓區瀟湘南路西側，坐落于洋湖天街項目中，辦公樓采用框架-核心筒結構，建筑面積約11.6 萬平方米。建筑立面效果圖詳見圖1。本項目由1 棟超高層辦公樓及3 層地下室組成，與洋湖天街項目地下室融為一體。辦公樓結構主屋面總高度為199.9米。超過規范A 級高度150 米的限值。結構整體高寬比為5.06.擬建場地為地震設防烈度6 度區，設計地震基本加速度為0.05g，設計地震分組為第一組。本工程塔樓采用人工挖孔灌注樁基礎，以中風化泥質粉砂巖作為持力層。純地下室采用抗浮錨桿抗浮，塔樓及相鄰跨采用自重抗浮。

2、結構布置

辦公樓主體結構采用框架-核心筒結構體系，22 層以下型鋼混凝土柱，23 層以上為普通

混凝土柱。第二～二十四層層高為4.1 米，為滿足凈高及提升空間感受樓板采用空心樓蓋，其他樓層采用普通梁板結構。

3、結構超限檢查

辦公樓超A 級高度，屬于B 級高度；考慮偶然偏心的扭轉位移比大于1.2；二層、三層有效寬度小于50%，開洞面積大于30%，樓板不連續；一層、二層存在穿層柱。根據《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》、《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的相關規定，應報湖南省超限高層建筑工程抗震設防專項審查。

4、結構超限抗震措施

剪力墻底部加強部位按特一級構造，墻身水平和豎向分布筋的最小配筋率不小于0.40%，配筋間距不大于150；對底部外筒轉角處的墻體，其約束邊緣構件縱筋配筋率不小于1.4%。非加強部位筒體角部構造邊緣構件改為約束邊緣構件，外筒墻身水平鋼筋配筋率比規范限值多0.05%，以提高其延性；穿層柱及同層柱按長短柱共用采取如下加強措施：計算中長柱按短柱的剪力復核承載力，短柱根據大震進行計算控制。5F 收進部位以下2 層結構周邊豎向構件的配筋率結合計算結果做適當提高加強。結合有限元分析結果，對筒體周辺樓蓋開洞處樓板進行板厚和配筋加強，同時對樓板大開洞樓層上方的第四層樓板、角部凹口內折角部位通過適當加厚板厚和加強配筋進行抗震加強。

5、抗震性能目標

根據《高規》對抗震性能目標的劃分，本項目抗震性能目標定為C 級，即小震下滿足結構抗震性能水準1 的要求，中震下滿足性能水準3 的要求，大震下滿足性能水準4 的要求。

6、小震彈性分析

分別采用YJK 及Etabs 兩種三維空間結構分析程序進行計算比較：在重力荷載作用下，兩種計算模型的樓層荷載取值準確；第一扭轉周期與第一平動周期的比值均小于規范限值0.85；基底剪力和基底傾覆彎矩在水平荷載作用下非常接近，模型中的結構剛度是一致的、準確的；樓層最大層間位移角滿足《高規》3.7.3 條限值的要求；樓層最大位移（層間位移）比滿足《高規》3.4.5 條規范限值要求；結構各樓層對應于地震作用標準值的剪力、樓層最小地震剪力系數均能滿足《高規》第4.3.12 條的規定；樓層側向剛度均滿足《高規》第3.5.2 條的規定；各樓層X、Y 方向的樓層抗剪承載力之比均滿足《高規》第3.5.3 條大于0.75 的限值要求，且不小于0.8；各樓層與相鄰下層質量比之比均滿足《高規》第3.5.6 條不大于1.5 的限值要求；框架柱、剪力墻在多遇地震和風荷載作用下其軸壓比均能滿足規范限制要求；結構計算中考慮重力二階效應的不利影響，剛重比滿足《高規》5.4.4 條規定的結構整體穩定性最低剛重比要求；滿足《高規》12.1.7 條結構高寬比大于4 時基礎底面不宜出現零應力區的規定；在規定水平力作用下，結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總地震傾覆力矩的比值大于10%但不大于50%；框架部分分配的樓層地震剪力標準值的最大值與結構底部總地震剪力標準值的比值，大部分樓層均滿足大于10%，最小值大于5%，對于小于20%的樓層，調整后的框架剪力滿足《高規》8.1.4條的要求；剪力墻墻肢滿足《高規》第7.2.1 及附錄D 的墻體穩定性驗算要求，剪力墻截面厚度取值合理；結構頂點的順風向和橫風向振動最大加速度計算值均滿足《高規》3.7.6 條規定的限值要求；對上部部分樓層進行地震作用放大后，規范反應譜法計算的地震剪力能夠包絡動力時程分析所得的剪力。

7、中、大震分析

中震采用YJK 程序進行分析，中震彈性和中震不屈服計算模型，中震作用下結構基底剪力達到小震基底剪力的3.0 倍，地震作用量級合理；整體層面的樓層層間位移角等于3 倍的彈性層間位移角，分布具有規律性；

底部加強區剪力墻、外框架柱均處于彈性狀態。非底部加強區剪力墻均滿足受彎不屈服、受剪彈性；框架柱滿足受彎不屈服、受剪彈性。梁、連梁滿足僅有部分受彎屈服，受剪不屈服的性能目標。

大震采用SAUSAGE 軟件進行結構的動力彈塑性分析，以“大震不倒”為設計目標，允許部分構件出現較多彎矩屈服鉸、但不發生剪切破壞。采用一組人工波與兩組天然波進行分析，各條波的彈性反應譜在基本振型周期點處與規范反應譜相差均不超過20%，滿足在統計意義上相符的要求。

大震彈塑性時程分析結果表明，結構X 向最大基底剪力50MN，Y 向最大基底剪力63MN,分別相當于小震的5.45 倍和6.42 倍。X 向和Y向最大層間位移角分別為1/279 和1/186，均滿足規范最大層間位移角的限制要求。X、Y 向連梁損傷情況差異不大，X 向損傷略大于Y 向，說明結構2 個方向剛度及延性設計較為接近，大部分連梁嚴重損傷，達到了大震耗能目的，除局部區域外，墻肢基本處于彈性工作狀態，滿足“強墻肢弱連梁”的設計概念。框架柱極少數出現輕微～輕度受壓損傷，鋼筋不屈服，作為二道防線的框架柱具有較好的安全儲備。大部分框架梁為輕微至輕度損傷，框架柱損傷相比梁要小，達到了強柱弱梁的目的。

其中，第25 層、第36 層核心筒剪力墻長度分別在西側因滿足建筑功能要求剪力墻開洞，剪力墻長度發生變化的上下兩層，由于剛度突變，較多剪力墻處于輕微至輕度損傷狀態，設計時應對核心筒剪力墻變化處的上下樓層剪力墻進行加強。

8、樓板及剪力墻有限元分析

樓板應力較大處主要集中在洞口周邊、部分墻肢及梁邊兩側等區域，主要由于墻（梁）平面外彎矩使樓板在交接處產生局部變形、剛度突變形成應力集中等因素造成的。此外，在樓板開洞周圍薄弱連接樓板、豎向構件變化處樓層、上下樓板有較大變化處樓層的樓板應力較大，但都小于混凝土強度標準值。

中震作用下一、二層底部X 向Y 向及核心筒局部墻肢出現受拉，三層及以上墻肢未出現拉應力，墻肢軸拉力小于墻體本身的抗拉承載力限值，墻體不會出現受拉破壞。

9、空心樓蓋分析

通過對本工程的空心樓蓋分析，空心板樓蓋的內力集中于柱端區域，島狀受力特性顯著，內力向柱間實心板帶集中，而空心板部分的內力分布相對均勻，故設計中在柱端設置實心區加強配筋；空心樓蓋四角樓蓋板厚較其它區域增大20mm，并對四角和轉角處樓板雙層雙向配筋，提高配筋率至0.25%。在空心樓蓋與核心筒交界處留實心縫并加強配筋。

圖2 空心樓蓋構造

10、超限抗震構造措施

設置約束邊緣構件上兩層為過渡層，適當加強過渡層的配筋；針對地下室頂板與塔樓內結構板內外高差超過600mm 的部位，采用加腋構造進行加強，以有效傳遞地震水平力，高差部分砼墻按錯層要求控制配筋率，并按《高規》第10.4節規定，對豎向構件采取抗震等級提高一級采用；對少量剪力過大的連梁，適當提高連梁的配箍率及腰筋，跨高比不大于2 的核心筒連梁增配對角斜向鋼筋，跨高比不大于1 的連梁以及對樓面梁支撐在筒體連梁內采取設置交叉暗撐進行加強。

結語：

在多遇地震作用及風荷載作用下，兩種軟件分析的各項指標基本一致；結構構件處于彈性階段，承載能力和變形能力均能滿足現行規范要求，能夠滿足“小震不壞”的抗震性能目標。在設防烈度地震作用下，底部加強區部位剪力墻及框架柱均滿足受彎受剪彈性；其他部位剪力墻均滿足受彎不屈服，受剪彈性，可滿足“中震可修”的抗震性能目標。在罕遇地震作用下，結構層間彈塑性位移及層間位移角均滿足規范限值要求，結構主要抗側力構件沒有發生嚴重破壞，可滿足“大震不倒”的抗震性能目標。結構滿足抗震性能目標設定的在指定地面運動下的各項抗震性能水準要求，是安全、可靠、合理且滿足規范要求的。