許志龍

（福建省閩武建筑設(shè)計(jì)院有限公司泉州分公司　福建　泉州）

泉州和昌貿(mào)易中心超高層辦公樓抗震設(shè)計(jì)

許志龍

（福建省閩武建筑設(shè)計(jì)院有限公司泉州分公司福建泉州）

本文主要內(nèi)容為和昌貿(mào)易中心超高層辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，文中進(jìn)行該工程的結(jié)構(gòu)分析，針對(duì)超限情況采取加強(qiáng)措施，多個(gè)手段計(jì)算分析，可為類似工程提供參考。

超高層辦公樓；框架核心筒結(jié)構(gòu)；彈性時(shí)程分析；中震設(shè)計(jì)分析；靜力彈塑性分析

1　工程概況

泉州和昌貿(mào)易中心位于泉州市豐澤街與田安路交叉口東南角。工程地上建筑面積約13.08萬(wàn)m2，地下室建筑面積6.3萬(wàn)m2。由一幢32層超高層辦公樓（總高度140.05m），一幢28層高層公寓樓（總高度99.45m），兩幢19層高層辦公樓（總高度99.05m）和5層裙房商業(yè)樓（高度23.95m），4層連體地下室組成。首層以上各塔樓及商業(yè)裙房之間采用防震縫分開，形成各自獨(dú)立的抗震單元。本文主要介紹32層超高層辦公樓超限抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

2　地質(zhì)條件及地震作用

根據(jù)勘察單位提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地內(nèi)分布有淤泥軟弱土和可液化的粗（中）砂層。場(chǎng)地土類型屬中軟土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。據(jù)地質(zhì)報(bào)告描述，擬建場(chǎng)地內(nèi)基巖不存在控制滑動(dòng)的軟弱夾層、臨空面等，場(chǎng)地現(xiàn)狀不存在泥石流、滑坡、崩塌、采空區(qū)、巖溶及洞穴等不良地質(zhì)作用，本場(chǎng)地適宜作為擬建項(xiàng)目的建設(shè)用地，但屬于對(duì)抗震不利地段，根據(jù)場(chǎng)地安評(píng)報(bào)告，該場(chǎng)地適宜建設(shè)擬建物。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及場(chǎng)地安評(píng)報(bào)告，本工程地震作用如下：抗震設(shè)防烈度：Ⅶ度；設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.15g；設(shè)計(jì)地震分組：第三組；建筑場(chǎng)地類別：Ⅱ類；場(chǎng)地特征周期：0.45s；水平地震影響系數(shù)最大值αmax：多遇地震0.127（安評(píng)），中震0.34，大震0.72。

3　結(jié)構(gòu)選型與布置

超高層辦公樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，樓蓋為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系。地上部分32層，室外地面至大屋面高度為140.05m，為B級(jí)高度超限高層。標(biāo)準(zhǔn)層層高3.9m，避難層在第6、17、26層，建筑平面長(zhǎng)度為62.6m，寬度為31.70m，建筑高寬比為4.4。效果圖如圖1（橢圓形辦公樓）。

主樓平面中部設(shè)置鋼筋混凝土核心筒筒體，四周采用鋼筋混凝土柱，平面布置成橢圓形，豎向剛度均勻無(wú)突變，重力荷載下結(jié)構(gòu)質(zhì)心和剛心基本重合。為確保重力荷載的有效傳遞和重力荷載下結(jié)構(gòu)的安全性，結(jié)構(gòu)上采取以下措施：

（1）鋼筋混凝土核心筒體和外周混凝土柱從基礎(chǔ)頂面至樓頂上下貫通；

（2）建筑重量主要由鋼筋混凝土核心筒以及外周的混凝土柱承擔(dān)，結(jié)構(gòu)無(wú)剛度突變和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換；

（3）核心筒體和外周混凝土柱之間采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁連接。

圖1　和昌貿(mào)易中心效果圖

4　結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

4.1計(jì)算原則及計(jì)算內(nèi)容

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)采用性能化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)設(shè)在D級(jí)，即為小震下滿足性能水準(zhǔn)1的要求，中震滿足性能水準(zhǔn)4的要求，大震下滿足性能水準(zhǔn)5的要求。

基本計(jì)算內(nèi)容：

（1）多遇地震設(shè)計(jì)方針：采用靜力彈性分析，采用SATWE及PMSAP進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，保證整體結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，確定構(gòu)件尺寸，保證結(jié)構(gòu)的變形滿足國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范的要求；并采用彈性時(shí)程分析作為補(bǔ)充計(jì)算，與CQC法分析結(jié)構(gòu)作比較，確保CQC法分析的可靠性；

（2）中震設(shè)計(jì)方針：對(duì)豎向抗側(cè)力構(gòu)件的抗彎承載力按中震不屈服驗(yàn)算；對(duì)豎向抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力按中震彈性驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)在中震作用下具有良好的抗剪和抗彎性能；

（3）罕遇地震設(shè)計(jì)方針：進(jìn)行靜力彈塑性分析（PUSHOVER），了解罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，按規(guī)范控制罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角，確保大震不倒。

4.2計(jì)算結(jié)果與分析

（1）多遇地震彈性計(jì)算（SATWE和PMSAP）如表1、表2。

PMSAP和SATWE計(jì)算出的周期、基底剪力、層間位移角及位移比均比較接近，兩個(gè)程序可以相互校核。

采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，時(shí)程法計(jì)算結(jié)果與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果基本吻合，僅在頂部31～39結(jié)構(gòu)層時(shí)程曲線平均值會(huì)突出振型分解反應(yīng)譜曲線，因此可采用振型分解反應(yīng)譜法的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅在31～39結(jié)構(gòu)層地震力放大1.1倍。

（2）中震設(shè)計(jì)分析。

表1　結(jié)構(gòu)模態(tài)信息

表2　地震荷載（反應(yīng)譜法）和風(fēng)荷載下計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)

本工程中震作用下進(jìn)行抗剪“中震彈性設(shè)計(jì)”及抗彎“中震不屈服設(shè)計(jì)”，具體做法如表3所示。

表3

中震抗剪彈性驗(yàn)算結(jié)果：底部加強(qiáng)區(qū)1～4F的局部剪力墻在中震作用下，抗剪截面不能滿足要求。故采用加設(shè)鋼板的方法來(lái)處理底部加強(qiáng)區(qū)局部抗剪截面不足的問(wèn)題。

中震不屈服驗(yàn)算結(jié)果：所有柱在中震下均保持彈性狀態(tài)，構(gòu)件配筋沒有超筋，配筋與小震作用相當(dāng)。底部加強(qiáng)區(qū)按中震不屈服和小震作用的較大值配置剪力墻端部暗柱鋼筋，剪力墻分布鋼筋按中震彈性結(jié)果配置，剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)采用設(shè)置型鋼的方法來(lái)抵抗底部加強(qiáng)區(qū)出現(xiàn)受拉的問(wèn)題。

（3）罕遇地震下靜力彈塑性（PUSHOVER）分析。

罕遇地震作用下，PUSHOVER分析所得的性能控制點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形數(shù)據(jù)如表4所示。

表4

本工程在罕遇地震作用下的靜力推覆分析結(jié)果表明，樓層的薄弱位置剪力墻等關(guān)鍵構(gòu)件在罕遇地震下仍具有一定的安全儲(chǔ)備，底部加強(qiáng)區(qū)高度范圍內(nèi)剪力墻的混凝土被壓碎，但剪力墻未屈服，連梁和框架梁梁端出現(xiàn)較多的塑性鉸。

在性能點(diǎn)處，各方向最大層間彈塑性位移角1/159，小于框架-核心筒結(jié)構(gòu)層間彈塑性位移角限值1/100，符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.7.5條的規(guī)定，建筑物可實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

5　針對(duì)結(jié)構(gòu)不規(guī)則及超限情況采取的加強(qiáng)措施

參照建設(shè)部建質(zhì)[2010]109號(hào)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》，本工程存在高度超限，屬B級(jí)高度高層，并存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，二層樓板出現(xiàn)樓板有效寬度小于典型樓板寬度的50％而存在樓板不連續(xù)。

5.1計(jì)算措施

（1）針對(duì)平面“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則”，在計(jì)算中，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算，同時(shí)控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期（第三周期）和第一平動(dòng)周期的比值在0.85以下，本工程T3/T1=3.0941/3.8007= 0.814。

（2）針對(duì)“樓板不連續(xù)”，將樓板連接薄弱處定義為彈性板，樓板加厚，并配置雙層雙向鋼筋。

（3）針對(duì)“高度超限”，在計(jì)算中嚴(yán)格控制樓層層間水平位移的絕對(duì)值，將樓層層間位移角控制在1/800以下，嚴(yán)格控制柱和剪力墻的軸壓比。

（4）在計(jì)算中采取性能化設(shè)計(jì)，對(duì)其豎向構(gòu)件抗彎承載力按中震不屈服設(shè)計(jì)，抗剪承載力按中震彈性設(shè)計(jì)。對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的PUSHOVER分析，以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)能否滿足大震階段不倒塌的抗震設(shè)防要求，并尋找薄弱樓層與薄弱構(gòu)件，對(duì)薄弱部位制定相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

5.2構(gòu)造措施

（1）由于本工程體型呈橢圓形，橢圓的兩端點(diǎn)突出部位在水平向地震力作用下位移較大，為增加結(jié)構(gòu)的整體剛度，上下各沿水平向加設(shè)兩片1000～1400厚的剪力墻，與中部核心筒共同形成抗側(cè)力體系。

（2）剪力墻在底部加強(qiáng)區(qū)高度范圍內(nèi)，中震受拉部位加設(shè)型鋼。

（3）剪力墻在底部加強(qiáng)區(qū)的抗震等級(jí)為特一級(jí)，水平筋與豎向筋配筋率分別調(diào)高至0.40％。

6　結(jié)論與建議

本工程屬于平面和豎向較規(guī)則，雖然高度超限，但結(jié)構(gòu)布置合理，并對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱處采取了有效的構(gòu)造加強(qiáng)措施，使得結(jié)構(gòu)仍具有較好的抗震性能，計(jì)算結(jié)果滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。本超高層辦公樓目前已經(jīng)通過(guò)超限審查及施工圖審查，處于現(xiàn)場(chǎng)施工階段。

[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)（建質(zhì)[2010]109號(hào)）.

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1673-0038（2015）10-0011-03

2015-2-22