8度區某超高層辦公樓結構設計

張 杰

(成都惟尚建筑設計有限公司，四川 成都 610041)

1 工程概況

本工程位于云南省昆明市官渡區，由1棟超高層辦公塔樓、4棟高層辦公塔樓、5棟高層住宅塔樓及2層大底盤地下室組成，總建筑面積約24萬m2。本文主要介紹的A塔樓主要建筑功能為辦公，地上36層，地下2層，標準層層高4.1 m，房屋結構高度為149.150 m。塔樓平面尺寸為46.2 m×37.0 m，高寬比為4.03；核心筒尺寸為23.3 m×14.3 m，核心筒高寬比為10.30，A塔典型平面圖如圖1。

圖1 A塔典型平面圖

工程的設計基準期為50年，抗震設防類別為丙類，建筑結構安全等級為二級。抗震設防烈度為8度(0.20g)，地震設計分組為第三組，建筑場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.65 s。50年一遇基本風壓為0.30 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

2 結構體系及材料

A塔樓采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構，X向外框柱柱距為7.2 m，Y向外框柱柱距為9.0 m；外框架柱與核心筒距離為11.8 m，外框架與核心筒間梁采用單向布置；不設置加強層。嵌固端取地下室頂板。主要構件截面尺寸及材料強度見表1，變截面與變混凝土強度等級樓層錯開設置。

表1 主要構件截面尺寸及材料強度

3 結構超限類型及程度

根據《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)中的規定，A塔樓主要超限項為：①高度超過B級高度限值(140 m)7%；②考慮偶然偏心的最大扭轉位移比1.23>1.2，扭轉不規則；③2層樓板開洞面積占比39.9%>30%,樓板不連續；④1層～3層間局部穿層柱。故A塔樓屬于超B級高度抗震超限高層建筑。

4 抗震性能目標

針對A塔樓結構類型及不規則情況，綜合考慮建筑的功能和規模，在充分認識結構受力和變形特征的基礎上，將A塔樓的抗震性能目標定為D級，并將關鍵構件的性能水準予以一定的提高。A塔樓構件抗震性能目標見表2。剪力墻及連梁抗震等級為特一級，其余抗震構件抗震等級為一級。

表2 抗震性能目標

5 反應譜分析

多遇地震作用下采用YJK及MIDAS Building(簡稱MIDAS)兩個不同力學模型的空間結構分析程序計算，根據計算結果對數據進行比較分析。兩種軟件對比分析的主要結果見表3。結合規范規定的要求及結構抗震概念設計理論，可以得出以下結論：①YJK與MIDAS計算結果接近，說明結構合理，計算有效；②結構兩個方向的周期和振動特性較為接近，第一扭轉周期與第一平動周期之比約0.75，小于規范限值0.85，滿足高規3.4.5條要求；③多遇地震和風荷載作用下的層間位移角均小于1/800，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3—2010)(以下簡稱《高規》)3.7.3條的要求；④在考慮偶然偏心地震作用下，X向樓層最大扭轉位移比大于1.2，但均小于1.4，屬于一般扭轉不規則結構；⑤結構剛重比均大于1.4，能夠通過《高規》5.4.4的整體穩定驗算；結構剛重比均大于2.7，可不考慮重力二階效應的影響。

表3 主要指標計算結果

6 中震不屈服剪力墻受拉驗算

在中震雙向地震作用下，本工程底部剪力墻不設置型鋼時全截面的名義拉應力如圖2。

圖2 中震下剪力墻底部名義拉應力及型鋼布置

根據《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)中相關規定，當墻肢名義拉應力大于1倍ftk時，墻肢內應設置型鋼。本工程當剪力墻考慮型鋼換算面積后的全截面名義拉應力σ>ftk時設置型鋼；當2ftk<σ≤2.5ftk時，剪力墻含鋼率應≥4%；當2.5ftk<σ≤3.0ftk時，剪力墻含鋼率應≥5%；剪力墻全截面名義拉應力σ控制在3.0ftk以內。

7 大震彈塑性時程分析

本工程選取了2組天然波和一組人工波共3組加速度時程波進行彈塑性時程分析。地震主分量加速度峰值取400 cm/s2，主次分量加速度峰值的比值為1∶0.85。3組地震波的頻譜特性滿足規范要求；單組地震波輸入所得的底部剪力均在CQC計算結果的65%～135%，3組地震波底部剪力的平均值與CQC計算結果之差在20%以內，滿足《高規》第4.3.5條要求。

從表4可以看出，3組地震波作用下，X向基底剪力約為多遇地震的3.8～4.1倍；Y向基底剪力約為多遇地震的3.6～4.3倍，表明結構在罕遇地震作用下有一定的塑性發展，耗散了部分地震能量。

表4 各組時程波底部剪力及層間位移角

結構在罕遇地震作用下的最大層間位移角為1/132，小于規范限值1/100，可滿足“大震不倒”的要求。

8 結 語

本工程建筑物高度為149.150 m，超過B級高度限值140 m；具有扭轉不規則、樓板不連續、局部穿層柱等不規則項，屬于超B級高度超限高層建筑。針對結構可能出現的薄弱部位及需要加強的關鍵部位，依據《高規》綜合考慮，針對性的選用相應的抗震性能目標。通過各個設防水準的抗震計算分析及構造措施可保證分析表明本結構在小震時能充分保證各構件處于彈性狀態；中震時關鍵構件輕度損壞，普通豎向部分構件中度損壞，部分耗能構件進入屈服階段；大震時關鍵構件中度損壞，普通豎向構件部分嚴重損壞，大部分耗能構件進入屈服狀態，層間變形滿足要求，結構能夠實現預期的抗震性能目標。

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