贵阳亨特国际金融中心超高层建筑抗震设计

程勇

（贵阳市建筑设计院有限公司，贵州 贵阳 550004）

1 概述

1.1 工程概况

该项目位于贵阳市南明区核心位置，由主楼和裙房两部分组成，地下7层，主要作车库、设备用房使用，地下7层建筑面积约2.35万m2，地上共58层，建筑面积约8.47万m2，其中地上裙房部份共7层，主要作商场及酒店管理用房、办公用房使用，裙房以上主楼共51层，主要为酒店和办公用房。结构嵌固层在建筑-3层即结构层的第4层顶板处，从嵌固层起算该工程计算总高度为236.19m。本工程±0.000相当绝对高程1075.6m，地下室底板面标高-27.94m，绝对标高1047.66m。嵌固层处的绝对标高为1061.36m，建筑效果如图1所示。

图1 建筑效果

1.2 结构体系

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010），该楼属于超B级高度超高层建筑。主楼屋面计算高度236.19m，结构体系为型钢混凝土框架-钢筋混凝土剪力墙结构体系，根据Ⅵ度抗震设防型钢混凝土框架-钢筋混凝土剪力墙结构最大适用高度为170m（高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程CECS 230：2008），本工程超过最大适用高度66.19m。楼盖采用混凝土梁板式结构。标准层结构平面布置如图2所示。

图2 标准层结构平面布置

1.3 结构超限类型

该项目根据住房和城乡建设部发布的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质〔2015〕67号）文，主要的超限类型如下。

（1）超过B级高度。

（2）楼板不连续（①裙房局部开大洞；②塔楼在酒店大堂楼板开洞，开洞面积大于30%）。

（3）平面出现扭转不规则（局部楼层考虑偶然偏心的扭转位多比＞1.2）。

（4）尺寸突变（立面缩进大于25%）。

1.4 设计基本规定和抗震设防标准

该项目结构设计年限为50年，房屋结构安全等级为2级，重要系数γ0为1.0，房屋基础设计等级为甲级，所在地设防抗震烈度为Ⅵ度，设防抗震标准为重点设防，地震分组为一组，地震加速度为0.05g，αmax=0.04.场地为Ⅱ类场地，特征周期Tg=0.35s。本项目柱、墙和框架梁抗震等级均为Ⅰ级。

1.5 地基和基础

根据地勘报告，场地无活动性断裂通过，区域地质构造稳定，场地内第四系土层覆盖层较薄，基岩断续出露，持力层采用中风化白云岩，岩层呈单斜缓倾构造，层状结构，岩体较完整，承载力特征值fak＝6000kPa，为较坚硬岩。基础设计时核心筒及附筒下采用平板式筏形基础，厚度为1.8～2.5m，外围柱基础采用厚度为3.5m×5.5m×3.0m柱下扩展基础。

1.6 风荷载

本工程50年重现期风荷载基本风压值ω0＝0.30kN/m2，基本风压按ω0×1.1倍采用（承载力设计），即0.33kN/m2，场地地面粗糙度为B类，风载体形系数μs＝1.3，由于多栋高层建筑相互距离较近，需考虑群体效应风力相互干扰，体型系数μs×1.2加大。

2 多遇地震及风荷载作用下结构计算分析与设计

2.1 计算方法

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）第5.1.12条体型复杂、采用两个不同力学模型进行整体计算。本工程采用SATWE、PMSAP和迈达斯软件对结构进行计算分析，另采用YJK作补充计算。分析时均采用CQC法计算地震作用，并考虑了偶偏和双向地震；按《抗规》的方法进行双向地震作用计算。弹性时程补充分析时选用了2条天然波和1条人工波，取用时程分析的最大值和CQC计算结果包络设计[1]。

2.2 嵌固层确定

地下室与上部同时建模，计算模型嵌固层在负3层（结构计算模型第4层顶板处）-14.24m标高处，采用剪切刚度计算，嵌固层结构的楼层侧向刚度不小于相邻上层楼层侧向刚度的2倍的要求，因相差一点不满足，故负3层（-14.24m）以下补足了一定数量的剪力墙满足该刚度比要求，X方向刚度比：γ4/γ5＝2.38；Y方向刚度比：γ4/γ5=2.16，嵌固层板厚度为180mm，配筋为双层双向配筋，且每个方向各层的配筋率不小于0.25%。

2.3 结构分析主要结果

本项目运用satwe和迈达斯两种计算软件分析，计算结果的质量和各大指标基本接近，相差误差较小，认为原程序计算是可信的，前三个计算周期分别是T1=6.52（0.00+1.00+0.00），T2=5.40（0.99+0.00+0.01），T3=2.72（0.02+0.00+0.98），周期比2.72/6.52=0.42＜0.85（满足要求）。地震作用下最大层间位移角位于Y方向34层1/1358，风荷载作用下最大层间位移角位于Y方向32层1/1025。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010），在水平地震作用下，第二道防线的框架要有必须的抗侧向能力，需对框架柱承担的剪力予以调整，然后进行组合内力及验算，根据高规各楼层柱子调整后承担的剪力取0.2V0与1.5Vfmax的较小值，但考虑该工程的特殊性，如果整楼采用底层剪力则对上部塔楼柱子调整后的剪力太大，所以该项目采用分段调整，裙房及以上两层将按照0.2V0与1.5Vfmax中较小值调整设计，上部塔楼每根柱按裙房顶处总剪力V1的0.02倍调整，为了便于计算操作，裙房第二层以上每层取裙房顶处总剪力V1的12%调整（因只有六颗柱子）。多遇地震第2道防线做法延伸至设防地震，对6颗框架柱的验算，多遇地震作用下的剪力也按以上进行调整。通过上述办法对该项目的剪力进行了调整，保证了罕遇地震作用下6颗框架柱在筒体整体刚度变弱、重新分布内力条件下提高了冗余度。

3 中震作用下结构设计与分析

根据性能分析内容，计算设防地震作用的结构分析，验算是否满足原来设定的性能目标，中震作用下结构分析采用振型反应谱法计算内力，结构阻力比取为0.05，连梁刚度取为0.5。结构最大层间位移角1/452，属于轻微损坏，满足弹性层间位移限值的2倍要求，简单修理仍可使用。在设防地震作用下构件按要求设计，主要设计思路如下：底部加强区剪力墙配筋取小震结果与中震结果包络设计，本项目底部加强区剪力墙配筋结果大多数由小震配筋结果控制；关键框架柱配筋取小震结果与中震结果两者大值，关键框架柱配筋结果大多数由小震配筋结果控制，少部份框架柱的中震配筋结果大于小震配筋结果。

根据中震复核结果可知中震作用下底部竖向构件抗剪承载力均有较大富余。普通竖向构件的剪力墙与框架柱配筋均受小震结果控制，框架梁满足大多数不屈服，连梁截面需满足在多遇地震下抗剪弹性的要求，通过配筋或截面应力比控制是可以满足多遇地震的目标[2]。

4 结构弹性时程分析

本项目采用由北京震泰工程技术有限公司提供的结构时程分析的地震加速记录数据进行计算，运用PMSAP软件计算，采用小震的模型，输入地震记录波进行动力时程计算，可计算出各层的层间位移和剪力值。输入三条地震波，三条波分别为天然波S106～107、S265～266，人工波S635-3～4。主分量峰值加速度取18cm/s2，按6度多遇地震进行弹性时程分析，规范谱与地震波谱比较如图3所示。

图3 规范谱与地震波谱的对比

地震波时间步长为0.02s，结构阻力比为0.05，地震波的选择满足规范要求的选波条件，通过图上可以看出规范反应谱剪力曲线能包络住三条地震波的平均剪力曲线，但在Y向有少部分楼层，规范反应谱法的地震剪力略小，施工图设计时对地震剪力进行调整，加大CQC法的楼层剪力，并提高构造。

5 大震作用下非线性地震反应分析与抗震性能评价

5.1 性能目标

根据抗震设防类别、设防烈度、场地条件、震后损失和修复难易程度综合考虑后确定该项目抗震性能目标为C级[1]，即性能水准为1、3、4，具体参数和要求如表1所示。

表1 抗震性能目标

5.2 动力弹塑性分析

结构模型进行大震弹塑性分析，同时从结构的两个水平主轴方向输入地震波，罕遇地震时程分析时采用三条双向水平地震波（天然波2组，人工波1组），根据《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB 50011—2010）的要求，加速度峰值主次分量按1:0.85比值，加速度主分量峰值按125cm/s2，加速度次分量峰值按106.3cm/s2，持时为30s，计算步长0.02s。根据计算结果在大地震作用下X向的层间位移最大为1/274，Y向的层位移最大为1/263，结果表明，罕遇地震作用下，结构层间位移角能满足《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB 50011—2010）表M.1.1-2（1/133）要求。3条地震曲线出现了差不多的塑性发展性质，最先是小部分连梁、框架梁进入塑性阶段，然后再有大多数连梁进入塑性。6颗KZ一直保持不曲服形态，其混凝土剪力墙和钢筋应力都在抗力范围内。6颗柱子和剪力墙没有出现塑性铰，仅剪力墙体出现少量裂缝，有一小部分水平向的构件出现了塑性铰，集中在电梯厅前室连梁及与筒体相连的框架次梁，框架次梁出铰主要由于筒体刚度太大引起的，设计时可以采用次梁支座铰接，提高大震作用下水平构件耗能的能力，避免出现水平构件脆性破坏。通过以上分析柱、墙等竖向构件在罕遇地震作用下具有较好的性能抗震，满足大震不倒结构设计要求。

6 结语

随着城市化建设进程，土地资源越来越紧张，开发地面以上空间会成为一种常态，所以高层、超高层建筑会越来越多，本文以工程实例概述了超高层建筑结构的抗震设计方法，围绕性能目标进行论证，分别介绍了在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的计算软件和方法，分析论证该项目是否达到预期的性能目标，通过以上论述可知该项基本满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准设计要求，使建筑满足安全、适用、经济、美观的八字方针。