大连天地软件园E-3地块T1号楼结构设计

李 军 孙晓刚 胡玉海

(大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021)



大连天地软件园E-3地块T1号楼结构设计

李 军 孙晓刚 胡玉海

(大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021)

以大连天地软件园E-3地块T1号楼工程为例，介绍了该建筑的结构体系与设计参数，并判断了其超限情况，进行了小震、中震及大震弹塑性分析，最后针对该项目的特点提出了结构加强措施。

超高层，抗震性能，结构体系，弹塑性分析

1 工程概况

大连天地软件园河口E-3地块T1号楼工程位于大连市高新区河口湾产业区,为1栋地上36层结构高度为135.1 m的超限高层酒店，单体地下及地下车库为地下2层。

建筑效果图及立面图见图1。

2 结构体系及设计参数

2.1 结构体系

T1号楼为钢筋混凝框架—核心筒的结构。抗侧力构件为钢管混凝土叠合柱和混凝土核心筒。核心筒剪力墙厚度由600,400渐收到300,200，其混凝土强度由C60渐变至C30，外框架柱31层以下采用钢管混凝土叠合柱，柱截面由1 150×1 150φ700×24渐收到900×900φ600×16，叠合柱管内混凝土强度由C80降至C40，管外及混凝土墙混凝土强度由C60降至C30，塔楼标准层结构布置图如图2所示。

2.2 主要地震设计参数

结构抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第二组，场地土类别为Ⅱ类，特征周期为0.40 s(规范)，0.35 s(安评)，结构阻尼比为0.05。水平地震影响系数最大值为0.099(小震取自安评)；0.283(中震取自安评)；0.50(大震取自规范)，剪力墙及框架抗震等级：地下2层为二级,其余为一级。

2.3 反应谱及地震波

各烈度地震下安评与规范谱的参数见表1。

表1 各烈度地震下安评与规范谱的参数

从表1可以看出，本场地安评反应谱大于规范反应谱，设计时必须考虑安评反应谱的影响。

3 超限判断

具体超限情况小结如下：3层、4层侧向刚度与上层70%及上3层平均值80%的较小值的比值小于1.0，为竖向不规则结构，为软弱层；X,Y向地震作用下，塔楼1层～6层部位最大位移与层平均位移的比值大于1.2，为平面不规则结构；Y方向的偏心率最大值为0.165 8，为偏心布置。本工程结构高度超限，达到B级高度。综上，本工程需要进行详细的抗震分析，同时需要进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

4 抗震性能目标

本项目为B级高度超限高层，结构抗震设计应采用基于性能化的设计方法。结构抗震性能目标定为D级。

5 小震下结构分析

5.1 周期与振型

本项目小震计算采用两种结构分析软件ETABS和SATWE。

结构的嵌固部位为地下室顶板，地下1层与地上1层侧向刚度比在X向及Y向分别为3.778与2.891，满足不小于2的要求。

两种软件计算的周期见表2。

表2 两种软件计算的周期

两种软件计算的扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比分别为0.517和0.428，均小于0.85,两种计算软件的模态基本一致。

5.2 结构位移角

本项目结构高度135.1 m，介于高规中规定的130 m与180 m之间。两种软件计算的层间位移角X向1/873～1/960,Y向1/1 043～1/1 096，层间位移角均满足不超过1/800的要求。

5.3 基底剪力及剪重比

抗震计算中，结构各楼层的地震剪力标准值应满足楼层最小地震剪力系数，本项目SATWE层剪重比X向为1.83%，Y向为1.94%，满足要求。

5.4 刚重比

塔楼X向及Y向的刚重比分别为2.67和3.22，X向大于1.4小于2.7，刚重比满足规范要求且计算时需要考虑重力二阶效应的影响。

5.5 外框架分担内力

底层框架承担的剪力在X向与Y向占总剪力的18.21%和17.36%，承担抗倾覆弯矩占总倾覆弯矩的X向24.28%和Y向22.47%，外框架承担的剪力及倾覆力占总剪力及总弯矩的比例符合一般框架—核心筒的要求。

5.6 弹性时程分析

本工程时程分析采用两条天然波和一条人工波，三条地震波进行时程计算所得底部剪力值与振型分解反应谱法计算结果比较，三条地震波的选择是符合法规要求，振型分解反应谱法计算的地震作用大于时程分析计算结果，采用振型分解反应谱法作为结构设计依据是安全可靠的。

5.7 墙肢及叠合柱轴压比

剪力墙的底部最大轴压比小于0.40，框架叠合柱最大轴压比小于0.75，满足规范要求。

6 中震下结构分析

按照“中震可修”的原则，采用等效弹性方法进行中震下的关键构件验算，确保其达到设定的性能指标。

6.1 中震抗剪弹性验算

底部加强部位的墙肢满足中震抗剪弹性的要求，墙肢的水平分布筋均不超筋，框架柱截面抗剪承载力满足中震抗剪弹性的要求。

6.2 中震抗剪不屈服验算

底部加强区以外的墙肢按中震不屈服进行验算，满足抗剪截面的要求。

6.3 中震偏拉偏压不屈服验算

底部加强部位的绝大部分墙肢满足偏拉偏压承载力中震不屈服的要求。仅在筒体角部个别墙肢出现整体受拉的状态。

底部加强区以外的墙肢满足偏拉、偏压承载力中震不屈服的要求。墙肢未出现整体受拉的情况，保证了墙肢抗剪的有效性。

7 大震下结构分析

采用等效弹性和静力弹塑性的方法进行大震下构件验算，验证结构构件的抗震性能目标。

7.1 大震作用下主要墙肢受剪截面验算

验算了大震下主要墙肢受剪截面，无论底部加强区还是非底部加强区(变混凝土标号)的主要墙肢在大震作用下截面剪应力均满足截面控制要求。

7.2 大震作用下静力弹塑性分析

为了找出结构薄弱部位，控制整体结构的弹塑性变形，确保结构在大震作用下不发生倒塌，对主体结构进行了大震作用下的弹塑性静力分析(PUSH-OVER)。

分别按侧推荷载沿X向和Y向作用进行PUSH计算，抗倒塌验算图结果汇总见表3。

表3 抗倒塌验算图结果汇总

由表3可以看出，结构在大震作用下能力曲线能够与需求谱曲线相交，说明结构在大震作用下不会倒塌。性能点对应的层间位移角均满足规范不大于1/100的要求，结构进入弹塑性阶段后刚度分布较为合理，没有出现明显的薄弱层。

8 结构加强措施

1)3层、4层为软弱层，计算时对3层、4层的地震力乘以1.25的放大系数。2)控制柱轴压比不大于0.65，并采用钢筋混凝土叠合柱，来保证柱的延性，同时柱箍筋全高加密，保证多道抗震防线能够有效协同工作。3)时程分析表明结构30层以上部分时程分析计算值大于振型分解反应谱法计算值。计算时地震剪力在30层以上部分放大1.1倍，增加结构安全度。4)中震偏拉偏压不屈服验算时，底部加强部位核心筒角部的墙肢出现整体受拉状态。设计时，该部位核心筒墙内设置型钢，提高其抗拉及抗压能力。5)结构静力弹塑性分析结果，结构底部加强部位剪力墙肢出现受拉的情况，个别墙肢刚度退化较明显。设计时提高底部加强区墙段边缘构件的配筋率和竖向钢筋的配筋率。

9 结语

本次超限项目进行弹性、弹塑性计算及小震时程分析，验证了抗震性能化设计所设定的抗震设防目标，各项指标均满足规范要求，各种加强措施保证了结构的安全可靠。并于2012年1月通过了辽宁省初步设计抗震设防专项审查。

注：超限文件编制过程中感谢大连建筑设计研究院有限公司结构首席总工程师王立长和技术处结构总工程师曲鑫蕃的帮助和指导。

[1] 徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.

[2] 傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[4] 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].

[5] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构设计规程[S].

[6] GB 50020—2010，混凝土结构设计规范[S].

On structural design of T1 Building at E-3 Parcel of Tiandi Software Park in Dalian City

Li Jun Sun Xiaogang Hu Yuhai

(DalianArchitecturalDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Dalian116021,China)

Taking T1 Building at E-3 Parcel of Tiandi Software Park in Dalian City as the example, the paper introduces the structural system and design parameter of the building, undertakes the medium and major seismic elastic and plastic analysis, judges its out-code cirstances, and points out the measures for the reinforcement.

ultra-high-rise, seismic performance, structural system, elastic and plastic analysis

1009-6825(2017)15-0033-02

2017-03-15

李 军(1975- ),男，高级工程师，国家一级注册结构工程师

TU318

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