8度区某超高层办公楼结构设计

张 杰

(成都惟尚建筑设计有限公司，四川 成都 610041)

1 工程概况

本工程位于云南省昆明市官渡区，由1栋超高层办公塔楼、4栋高层办公塔楼、5栋高层住宅塔楼及2层大底盘地下室组成，总建筑面积约24万m2。本文主要介绍的A塔楼主要建筑功能为办公，地上36层，地下2层，标准层层高4.1 m，房屋结构高度为149.150 m。塔楼平面尺寸为46.2 m×37.0 m，高宽比为4.03；核心筒尺寸为23.3 m×14.3 m，核心筒高宽比为10.30，A塔典型平面图如图1。

图1 A塔典型平面图

工程的设计基准期为50年，抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级。抗震设防烈度为8度(0.20g)，地震设计分组为第三组，建筑场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.65 s。50年一遇基本风压为0.30 kN/m2，地面粗糙度类别为B类。

2 结构体系及材料

A塔楼采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，X向外框柱柱距为7.2 m，Y向外框柱柱距为9.0 m；外框架柱与核心筒距离为11.8 m，外框架与核心筒间梁采用单向布置；不设置加强层。嵌固端取地下室顶板。主要构件截面尺寸及材料强度见表1，变截面与变混凝土强度等级楼层错开设置。

表1 主要构件截面尺寸及材料强度

3 结构超限类型及程度

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2010]109号)中的规定，A塔楼主要超限项为：①高度超过B级高度限值(140 m)7%；②考虑偶然偏心的最大扭转位移比1.23>1.2，扭转不规则；③2层楼板开洞面积占比39.9%>30%,楼板不连续；④1层～3层间局部穿层柱。故A塔楼属于超B级高度抗震超限高层建筑。

4 抗震性能目标

针对A塔楼结构类型及不规则情况，综合考虑建筑的功能和规模，在充分认识结构受力和变形特征的基础上，将A塔楼的抗震性能目标定为D级，并将关键构件的性能水准予以一定的提高。A塔楼构件抗震性能目标见表2。剪力墙及连梁抗震等级为特一级，其余抗震构件抗震等级为一级。

表2 抗震性能目标

5 反应谱分析

多遇地震作用下采用YJK及MIDAS Building(简称MIDAS)两个不同力学模型的空间结构分析程序计算，根据计算结果对数据进行比较分析。两种软件对比分析的主要结果见表3。结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论，可以得出以下结论：①YJK与MIDAS计算结果接近，说明结构合理，计算有效；②结构两个方向的周期和振动特性较为接近，第一扭转周期与第一平动周期之比约0.75，小于规范限值0.85，满足高规3.4.5条要求；③多遇地震和风荷载作用下的层间位移角均小于1/800，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)(以下简称《高规》)3.7.3条的要求；④在考虑偶然偏心地震作用下，X向楼层最大扭转位移比大于1.2，但均小于1.4，属于一般扭转不规则结构；⑤结构刚重比均大于1.4，能够通过《高规》5.4.4的整体稳定验算；结构刚重比均大于2.7，可不考虑重力二阶效应的影响。

表3 主要指标计算结果

6 中震不屈服剪力墙受拉验算

在中震双向地震作用下，本工程底部剪力墙不设置型钢时全截面的名义拉应力如图2。

图2 中震下剪力墙底部名义拉应力及型钢布置

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2010]109号)中相关规定，当墙肢名义拉应力大于1倍ftk时，墙肢内应设置型钢。本工程当剪力墙考虑型钢换算面积后的全截面名义拉应力σ>ftk时设置型钢；当2ftk<σ≤2.5ftk时，剪力墙含钢率应≥4%；当2.5ftk<σ≤3.0ftk时，剪力墙含钢率应≥5%；剪力墙全截面名义拉应力σ控制在3.0ftk以内。

7 大震弹塑性时程分析

本工程选取了2组天然波和一组人工波共3组加速度时程波进行弹塑性时程分析。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为1∶0.85。3组地震波的频谱特性满足规范要求；单组地震波输入所得的底部剪力均在CQC计算结果的65%～135%，3组地震波底部剪力的平均值与CQC计算结果之差在20%以内，满足《高规》第4.3.5条要求。

从表4可以看出，3组地震波作用下，X向基底剪力约为多遇地震的3.8～4.1倍；Y向基底剪力约为多遇地震的3.6～4.3倍，表明结构在罕遇地震作用下有一定的塑性发展，耗散了部分地震能量。

表4 各组时程波底部剪力及层间位移角

结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角为1/132，小于规范限值1/100，可满足“大震不倒”的要求。

8 结 语

本工程建筑物高度为149.150 m，超过B级高度限值140 m；具有扭转不规则、楼板不连续、局部穿层柱等不规则项，属于超B级高度超限高层建筑。针对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》综合考虑，针对性的选用相应的抗震性能目标。通过各个设防水准的抗震计算分析及构造措施可保证分析表明本结构在小震时能充分保证各构件处于弹性状态；中震时关键构件轻度损坏，普通竖向部分构件中度损坏，部分耗能构件进入屈服阶段；大震时关键构件中度损坏，普通竖向构件部分严重损坏，大部分耗能构件进入屈服状态，层间变形满足要求，结构能够实现预期的抗震性能目标。

[ID:009612]