西部国际金融中心1#楼超限高层结构设计简介

张东声，陈 可

(成都惟尚建筑设计有限公司,四川成都610041)

1 工程概况

西部国际金融中心项目位于成都市锦江区，其中1#楼为综合办公、酒店功能的超高层单塔建筑。1#楼地上56层，7～35层为办公(19，36层为避难层)，37～39层为酒店大堂及餐饮，40～56层为酒店客房(52层为避难层)，36层以下建筑平面由下至上逐渐收进。其6层裙楼为商业和酒店配套用房。1#楼地下5层，为商场、停车场及设备用房。塔楼顶标高为234.90 m，裙楼顶标高为33.50 m，首层室内外高差为0.100 m。总建筑面积:地上约16×104m2。

工程设计使用年限为50 a，建筑抗震设防类别裙房屋面以下为重点设防类(乙类)[1],裙房屋面以上为标准设防类，建筑安全等级为一级，建筑基础设计等级为甲级。地下室顶板作为上部结构的嵌固端。根据抗震规范[2]，抗震设防烈度为7度，设计基本地震值为0.10g，多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.08，设计地震分组为第三组。根据地质勘查报告，场地类别为II类，特征周期为0.45s。安评报告中多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.096，特征周期为0.45s。10 a一遇基本风压为0.2 kN/m2，,50 a一遇基本风压为0.3 kN/m2，100 a一遇基本风压为0.35 kN/m2，地面粗糙度类别为C类[3]。结构整体计算时风荷载体型系数按荷载规范[3]取1.4。

2 结构体系

1#楼结构采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。其中钢筋混凝土框架部分：负2层至18层主楼框架柱采用型钢混凝土柱；18层以上采用钢筋混凝土柱(其中18层～20层为钢筋混凝土柱加芯柱作为过渡段)，框架梁为钢筋混凝土梁。核心筒部分：采用钢筋混凝土剪力墙筒体，分别在3层、7层、20层、37层四个位置逐步收进，如图1所示。

结构受力体系分别由外框柱+核心筒+连梁组成，共同构成多道设防结构体系，提供结构必要的重力荷载承载能力和抗侧刚度。重力荷载通过楼面水平构件传递给核心筒和外框柱，最终传递至基础。水平荷载产生的剪力和倾覆弯矩由外框架与核心筒共同承担。其中剪力主要由核心筒承担，倾覆弯矩由外框架与核心筒共同承担。

图1 结构正立面图

3 结构抗风计算分析

按工程主体结构高度234.9 m进行插值，得到在侧向荷载作用下的层间位移角限值为1/530；100 a一遇风荷载作用下结构两个方向的层间位移角计算结果分别1/2318和1/1343，均满足高规[4]的位移角限值要求。

按照高规[4]要求，在10 a一遇的风荷载标准值作用下，结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度值不应超过0.15 m/s2。经验算，本工程在10 a一遇的风荷载标准值作用下，X向顺风向与横风向结构顶点最大加速度为0.036 m/s2；Y向顺风向与横风向结构顶点最大加速度为和0.041 m/s2；均满足高规[4]的要求。

4 结构小震反应谱分析

4.1 安评报告与规范对应的地震作用

安评报告给出的多遇地震影响系数曲线与抗震规范[2]对应的影响系数曲线进行对比，安评报告给出的影响系数在各周期点均小于于规范的对应值，特别在3.0 s以后下降幅度大于或远大于规范反应谱。因此在结构小震弹性计算分析时采用规范给出的影响系数曲线，并取影响系数最大值0.09，根据规范对应比例推算出结构需满足的最小剪重比应为1.35 %。结构中震、大震也以规范给出的影响系数曲线作为设计依据。

4.2 结构质量与周期

采用SATWE程序计算结构X、Y两个方向的刚重比分别为2.43,2.29，均大于1.4，满足整体稳定性要求；均小于2.7，需考虑重力二阶效应。计算振型取72个，周期折减系数为0.9，考虑0.2V0调整。SATWE和ETABS两种软件的计算结果见表1，可知两者计算的地震基底剪力、振动模态和周期基本一致。

表1 常遇地震作用下SATWE与ETABS计算结果对比

5 小震弹性时程分析

小震时弹性时程分析选用2组天然波和1组人工波，这3组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的小震地震影响系数曲线相比，在对应于结构前3阶振型的周期点上相差不大于20 %。根据安评报告，地震波主方向峰值加速度调整为40gal，次方向调整为34gal，不考虑竖向地震作用。地震波持续时间均超过30 s，大于结构基本周期的5倍，时间步长为0.02 s。时程分析所得各地震波作用下结构的底部剪力见表2，每条地震波计算所得结构底部剪力均不小于振型分解反应谱法计算结果的65 %，多条地震波计算的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法结果的80 %。

表2 小震时程与反应谱基底剪力的对比

6 超限情况及主要抗震措施

6.1 超限情况

对照住房和城乡建设部文件《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[5]，本工程有以下超限项目：(1)结构主体高度234.9 m超过规范B级高度的限制；(2)平面扭转不规则，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2；(3)偏心布置，裙房与塔楼偏心率大于0.15；(4)39层大堂入口上空开洞面积大于30 %，属楼板不连续并同时存在穿层柱；(5)部分核心筒剪力墙采用筒体收进(3层、7层、20层、37层)。

6.2 主要抗震措施

6.2.1 抗震等级

本工程所在地设防烈度为7度，建筑抗震设防类别裙房屋面以下为重点设防类，应按高于本地区设防烈度一度的要求加强抗震措施；对于筒体底部加强区延伸至裙房屋面上1层，抗震等级提高一级，按特一级；筒体竖向收进部位(20层、37层)上下各一层竖向构件抗震等级提高一级，按特一级。

6.2.2 分析措施

(1)结构分析时，计入双向水平地震作用下的扭转影响；采用地下室顶板嵌固和负1层楼面嵌固两个模型进行结构计算，包络设计。

(2)根据小震弹性时程分析计算得到的楼层地震剪力包络值，调整振型分解反应谱法计算所得结构各楼层的地震剪力。

(3)对斜柱变斜率较大位置、筒体收进上下层、楼板不连续楼层，计入楼板实际平面内刚度。对变斜率较大位置框架梁按照压弯构件进行分析设计。

6.2.3 性能目标

针对本工程结构类型及不规则情况，设计采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证。本工程高度超过规范限值较多，设计根据结构可能出现的薄弱部位及需要加强的关键部位，依据《高规》针对性的选用C级性能目标及相应的抗震性能水准(部分关键构件予以一定的提高)。对应抗震性能设计目标的选择见表3。

表3 结构抗震性能设计目标及震后性能状态

7 基础设计

本工程采用框架-核心筒结构，墙柱下轴力较大，底板下为中等风化岩层。综合甲方的工期要求及经济性分析，塔楼及裙房采取平板式筏形基础。塔楼核心筒下部筏板厚度为3.8 m，埋深25.1 m；核心筒以外部分筏板厚度为3.0 m，埋深24.3 m；裙房筏板厚度为0.9 m，柱下筏板局部加厚为1.1～1.7 m。

8 斜柱不利作用验算

由于斜柱斜率变化引起的水平推力，通过楼面梁传向中筒剪力墙。斜率变化最大且柱轴力最大的部位由此产生的水平推力最大，因此选取斜率变化最大的下部楼层作为考察此水平力的楼层。为了考察此楼层与斜柱相连的楼面梁在竖向荷载、小震弹性及中震弹性作用下的轴力情况，采用ETABS进行不同工况作用下的楼面梁轴力分析，水平梁配筋按照压弯构件计算配筋。同时通过比较对应墙肢的抗剪承载力，复核剪力墙完全能够承担此剪力，无需采取特别加强措施。

9 罕遇地震弹塑性时程分析

罕遇地震的地震影响曲线按抗震规范[2]选取，采用与罕遇地震影响系数曲线在统计意义上相符的1组人工波和2组天然波，用ABAQUS软件对结构进行弹塑性时程分析。根据抗震规范[2]，地震波主方向峰值加速度调整为220gal，次方向调整为187gal。地震波持续时间均超过30 s，大于结构基本周期的5倍，时间步长为0.02 s。时程分析所得计算结果见表4。3条地震波算得的X，Y两个方向最大层间位移角均未超过规范要求的1/100限值。

从时程分析过程来看，外框柱均未出现混凝土受压损伤和钢骨、钢筋塑性应变，各层楼面梁仅个别位置出现轻微钢筋塑性应变，外框架抗震性能良好。筒体未出现剪切破坏，连梁的塑性发展较明显。整体来看，结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制，符合结构抗震工程的概念和要求。

10 结束语

本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒体系。针对工程超限情况，结构设计通过竖向及平面结构的合理化布局及全

表4 大震时程分析计算结果汇总

面的、细致的计算对比分析，确保对重力荷载、地震作用、风荷载的合理评估，对关键构件采取更为严格的抗震构造措施，关键抗侧构件18层以下的框架柱采用型钢混凝土等高延性构件，薄弱部位提高结构安全标准及耗能水平，确保整体延性的发挥。同时在整体结构及构件设计中全面融入抗震性能化设计的思想，对于外框架、核心筒剪力墙具有中震下抗震承载力不屈服，抗剪承载力保持弹性，大震下关键构件的抗震承载力不屈服，所有竖向构件的抗剪截面不屈服的抗震性能，满足设定的抗震性能目标。

虽然本工程结构多项超限，但通过采取一系列有效的分析手段和设计加强措施，使结构体系达到安全合理的结构设计要求，目前本工程已经主体结构封顶。

[1] GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准[S]

[2] GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S]

[3] GB 50009-2001建筑结构荷载规范.(2006年版)[S]

[4] JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]

[5] 建质[2010]109号 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[S]