长东北科技商务中心南楼超限高层结构分析与设计

郭建楠， 胡宾宾

(1.吉林省建苑设计集团有限责任公司，长春 130011；2.长春高新技术产业开发区管理委员会，长春 130012)

1 工程概况

长东北科技商务中心南楼是长春市高新技术开发区的标志性建筑，主要功能为地下停车场、办公。地下2层，地上27层，建筑总高度97.4 m。地下2层为核6级人防。总建筑面积8.8万m2，其中地上5.5万m2，地下3.3万m2。地下层高分别为4.0 m、5.0 m，1～4层层高分别为 5.4 m、5.0 m、5.0m、5.0m，标准层层高为3.6m。该项目于2010年设计并开始施工，目前主体已经施工完毕，正在进行外立面施工。

建筑设计旨在体现东北白山黑水的风貌，立面有很多棱角，体现山的特点，以竖线条为主，体现水的柔情。平面整体呈弧形总长约120 m，以二段核心筒连接三段办公区，使得办公区中间没有剪力墙，比较开敞，满足了办公区灵活布置的需要。核心筒走廊部分隔层设有四季厅洞口，突出了空间感。建筑平、立、面见图1、2。

工程的结构设计基准期为50 a，抗震设防烈度为7度，设计地震为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期T=0.35 S，地震加速度值为0.10 g。

主要材料：主楼部分十层以下柱采用C55混凝土，剪力墙采用C40混凝土，10层以上递减。梁、板采用C30混凝土。钢筋采用HRB400钢筋。

2 结构体系选型与结构布置

2.1 建筑对结构的制约与挑战

独特的建筑平面使该建筑呈现明显的平面不规则，筒体的高宽比接近9.0且楼盖中部的开洞较多并形成单榀穿层墙，难以使中间和两端的框架区段形成整体工作的结构体系。

图1 标准层平面图

图2 立面图

根据国家《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》109号文，该建筑属于A级高度以内的平面及竖向不规则超限工程。归纳见表1。

2.2 针对超限采取的主要措施

2.2.1 计算分析对比

1)按规范要求，本工程采用两个计算软件，分别为中国建筑科学研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》(2010年9月版)和《复杂多、高层建筑结构分析与设计软件PMSAP》(2010年9月版)。

2)选用7条时程波进行弹性时程分析补充，选用平均值与规范算法相比，不足部分放大地震力调整配筋计算。

3)根据平面特点进行主楼两个端部框架区段与相邻筒体局部结构模型与整体模型的对比分析。配筋包络设计。

4)进行非线性静力弹塑性分析(pushover)，与规范方法比较，并加强薄弱部位。

5)西侧裙房偏置较多，进行裙房单独模型计算并考虑地震力的调整。主楼与裙房相邻及上一层的竖向构件按抗震等级提高一级采用构造措施。

6)框架柱承担的地震剪力，两端区段同时满足整体和局部0.2Q0调整的要求。整体模型取总剪力20%和最大层剪力1.5倍二者的较大值。

表1 同时具有下列3项及以上不规则的高层建筑工程判断

7)主楼角部增设水平段剪力墙形成包角墙，并通过减弱中间筒体水平刚度，调整结构的扭转，调整后扭转周期为第三周期。

8)中震下的拉应力验算。此种工况是验算中震下底部加强区墙肢不屈服。计算采用SATWE进行，选择按中震不屈服进行结构设计。验算时，不考虑地震内力调整，荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取1.0。其余抗震计算参数见表2。

表2 抗震计算参数

经计算并查看电算结果，底部加强区墙肢未出现超筋现象，表明在配置了适当的钢筋后，可满足中震不屈服的要求。

2.2.2 构造措施

1)外侧角部剪力墙予以加强以控制扭转，抗震等级提高一级，为一级。

2)外围框架梁断面加大，配筋加强，增加扭转刚度和提高抗温度应力的能力。

3)主楼与裙房相邻及上一层的竖向构件，构造的抗震等级提高一级，按一级采用构造措施。

4)核心筒楼板开大洞边设梁以增加刚度。

5)加强层范围与外侧角部剪力墙相连的楼板配筋采用双层双向配置，配筋量加大。

2.3 针对建筑立面采取的主要措施

从立面图中可以看到右下角裙房部分的下部倾斜而出，上部有抹角。主体的底部也有一些折线型，主体上部抹角。建筑正是想通过折线、抹角表现山的壮阔，也是该建筑的主要特点。

为了实现建筑的创意，结构的裙房部分设置了一些斜柱。这些柱不仅受压还承受一定弯矩。这些斜柱都单独进行受力分析，以满足各种情况的受力要求。上部抹角部分按坡屋面做法处理。主楼底部的折线变化主要通过幕墙的变化实现。主楼上部抹角墙面都设有剪力墙。剪力墙随着建筑造型而变化。

3 结语

随着建筑造型的复杂多样，结构设计也面临各种挑战。对于超限工程的设计应抓住主要问题，采取多种计算方法分析薄弱部位，并提出相应加强措施采取包络设计，满足建筑使用功能及立面的要求。