某超限高层结构抗震设计及分析

2020-09-05杜晓东安徽省建筑设计研究总院股份有限公司安徽合肥230601

安徽建筑 2020年9期

杜晓东（安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230601）

1 工程概况

本工程是集酒店、办公楼、商业及住宅于一体的大型综合项目。本工程包含T3塔楼、T4塔楼及C4商业，总建筑面积378602.36m2，其中T3塔楼地上建筑面积82604.49m（9层及以上不计避难区），T4塔楼地上建筑面积67589.59m（9层及以上不计避难区），C4商业地上建筑面积105723.22m，地下车库总建筑面积108646m。T3塔楼52层，建筑总高240.2m（包括构架）；T4塔楼49层，建筑总高226.4m；C4商业为7～8层商业裙楼，7层商业部分高38.4m，8层电影院部分高50.3m。T3塔楼、T4塔楼、C4商业三部分在地下由四层地下室连为一体，地上设变形缝断开，T1塔楼为待建项目，如图1所示。两栋塔楼体型相近，结构布置形式相似，T3塔楼层高较高，本文以T3塔楼为例进行介绍分析。

图1 项目概况图

工程所在地区的抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，基本地震加速度为0.10g。本工程设计年限为50年，抗震设防类别为标准设防类，结构的安全等级为二级，建筑场地类别Ⅱ类，场地土特征周期Tg=0.35g，为一般抗震地段。依据荷载规范[1]相关规定，基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度类别为B类，体形系数考虑多栋楼的群体效应取值1.5。基本雪压为0.60kN/m2。

2 结构布置

图2 裙房层平面示意图

图3 标准层平面示意图

本工程地上52层，室内外高差0.1m，从室外地面起算至大屋面结构高度为高度230.0m，属于超B级高度建筑。塔楼部分采用中央核心筒和外围框架组成的框架核心筒结构体系，核心筒采用钢筋混凝土，在底部加强区的外筒剪力墙暗柱内设置型钢，外框架在底部26层以下采用型钢混凝土柱，上部采用混凝土柱。裙房楼层结构布置图和标准层结构布置图分别如图2和图3所示。

3 结构超限判定及增强措施

根据《建筑抗震设计规范》[2]、《高层建筑混凝土结构技术规程》[3]和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[4]有关规定，本工程超限判定情况如下。

①7度区框架-核心筒结构在B级高层建筑的最大适用高度为180m，本工程高度为230m，本楼高度超限，属于超B级高度钢筋混凝土框架-核心筒高层建筑。

②1a扭转不规则：考虑偶然偏心的扭转位移比1.4，大于1.2；1b偏心布置：偏心率大于0.39，大于0.15。

③4塔楼偏置：单塔或多塔与大底盘的质心偏心距为30%大于底盘相应边长20%。

本塔楼属于超B级高度高层建筑，有2项一般不规则项（第2项的1a和1b算一项），1项特别不规则项。

针对本工程高度度超限和不规则项类型，提出以下增强措施：

①根据《建筑抗震设计规范》（下文简称《抗规》）第3.4节、3.10节以及《高层建筑混凝土结构技术规程》（下文简称《高规》）第3.11节要求，对塔楼采用抗震性能化设计，以保证各水准地震作用下结构的安全性；

②针对塔楼两向地震特性相差较大，增强塔楼Y向主框架梁，提高Y向结构刚度；

③针对竖向体型收进接近20%，按《高规》10.6中的相关要求设计。

4 结构整体计算

4.1 多遇地震计算分析

小震弹性分析选用PKPM-SATWE软件进行计算，并用MIDAS Building软件进行复核，考虑偶然偏心地震作用，双向地震作用，扭转耦联以及施工模拟加载的影响。主要计算结果见表1。

由表1可知：采用SATWE和Midas Building两种软件分析，各项指标基本一致，表明计算结果是可信的，并且满足《高规》（JGJ3-2010）第 5.1.12条规定。从线弹性分析结果来看，结构具有合适的刚度，满足规范各种指标的控制要求。

主要计算结果表1

4.2 多遇地震下弹性时程分析

本工程采用SATWE软件程序对本工程进行了多遇地震作用下的弹性时程分析。按照地震波选取的3要素（频谱特性、有效峰值和持续时间），选取了Ⅱ类场地上的5组实际地震记录，以及2组人工模拟的场地波进行弹性时程分析，每组地震记录分为主方向和次方向两种不同记录；加速度峰值按规范取值，时程分析中，主方向峰值为35gal，主方向与次方向的峰值加速度比值按1（水平1）:0.85（水平 2）:0.00（竖向）进行调整。地震波信息见表2，计算结果见表3。

通过表2、表3可知：①选用的地震波时程曲线计算结果均满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80%，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65%的条件；根据规范要求，当取7组时程曲线进行计算时，结构地震效应可取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。②时程分析法显示结构的反应特征、变化规律与前述振型分解反应谱法分析基本一致，基底剪力和层间位移角等指标最大值与CQC结果接近。③从上述计算结果可知，多条地震波楼层剪力的平均值在结构顶部大于反应谱的计算结果，反应出自振周期较长的结构，其高振型对于高柔结构顶部的鞭梢效应是比较明显的。

4.3 罕遇地震下动力弹塑性时程分析

本工程的弹塑性分析采用PKPM-SAUSAGE，X方向的最大弹塑性层间位移角为1/160，Y向的最大弹塑性层间位移角为1/121，均满足1/100的规范限制要求。且在SAUSAGE中构件的损坏主要以混凝土的受压损伤因子及钢材（钢筋）的塑性应变程度作为评定标准，其与《高规》中构件的损坏程度对应关系见表4。

由表4可知：①钢材在屈服后其强度并不会下降，衡量其损坏程度的主要指标是塑性应变值；②混凝土在达到极限强度后会出现刚度退化和承载力下降；③对采用梁单元模拟的梁、柱、斜撑等构件，钢材（钢筋）的塑性应变会造成构件刚度退化，也不会出现承载力下降，因此可视钢材塑性应变程度区分为轻微损坏～比较严重损坏，而构件中的混凝土一旦出现受压损伤，则肯定会造成构件承载力下降，属于中度损坏～比较严重损坏；④对整个剪力墙构件而言，由于墙肢面内一般不满足平截面假定，在边缘混凝土单元出现受压损伤后，构件承载力不会立刻下降，其损坏判断标准应有所放宽，考虑到剪力墙的初始轴压比通常为0.5～0.6，当50%的横截面受压损伤达到0.5时，构件整体抗压和抗剪承载力剩余约75%，仍可承担重力荷载，因此以剪力墙受压损伤横截面面积作为其严重损坏的主要判断标准；⑤楼板以承担竖向荷载为主，小于半跨宽度范围内的楼板受压损伤达到0.5时，尚不至于出现严重损坏而导致垮塌。