胡時猛，張興杰，尤軍

（機械工業(yè)第三設計研究院 重慶400039）

1 工程概況

重慶銀行大廈工程位于重慶江北城片區(qū)A04-1/03地塊，處在新興的江北城CBD門戶位置。工程場地大部分地段基巖出露，場地類別為I1，設計特征周期為0.25s，抗震設防烈度為6度，為建筑抗震有利地段。本工程地上33層，地下4層，房屋總高度147.4m，地下室深度19.4m，結構形式為框架—核心筒結構，其中基頂至21層塔樓范圍內的框架柱采用型鋼混凝土柱，裙房部分、塔樓21層及以上采用普通混凝土柱。建筑平面以雙框筒相連形成矩形平面，標準層平面尺寸約為63.6m×37.3m，雙框筒間凈距為14.4m，中間采用普通梁板體系連接。下圖分別為重慶銀行大廈標準層結構平面圖（圖1）和建筑剖面圖（圖2）。

圖1 標準層結構平面圖

圖2 建筑剖面圖

由于建筑需要，中央大廳2~4層（圖3）局部開洞，樓板不連續(xù)，導致Y向樓板基本斷開，且開洞面積大于樓層面積的35%，均不滿足《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的相關規(guī)定，屬于平面不規(guī)則超限。

圖3 樓板局部開洞示意圖

對此不規(guī)則的超限高層，在滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的總體目標下，對薄弱部位采用性能化的設計方法，提出具體性能目標，采用不同軟件進行計算分析，包括彈性時程分析和靜力彈塑性分析等，并且配以合理的抗震構造措施，定量地視線罕遇地震下的設防要求，保證結構安全性。

2 抗震性能目標

本工程在滿足國家、地方規(guī)范的基礎上，關鍵部位采用性能化的設計方法[5]，抗震設計控制目標如表1所示。

3 整體結構計算模型和地震波輸入

本工程采用SATWE（2010.7）作為主要整體計算分析設計軟件，PMSAP（2010.7）、ETABS（中文版 V9.7.1）作為輔助軟件進行分析對比。為了真實反映樓板開洞的影響，SATWE、PM SAP模型中，均將首層~五層樓板設為彈性板，在ETABS模型中，將首層~五層樓板設為殼元，考慮樓板平面內外剛度。結構嵌固端取在±0.000層，計算模型包括地下4層和地上34層（包括機房層），共38層。圖4為結構整體計算模型。

圖4 結構整體計算模型

本工程采用振型分解反應譜法和時程分析法兩種方法計算多遇地震下結構的地震反應，結構阻尼比取0.05。模型中考慮填充墻的影響，周期折減系數取為0.8。同時考慮到結構的不規(guī)則性，充分體現高階陣型對結構的影響，取前36階振型的效應參與組合。

時程分析采用三條地震波，分別為人工波RH1TG001，1966年USA00106號波和1971年USA00466號波。參照該工程相鄰場地的地震安全性評估報告[3]，該場地多遇地震下地面加速度最大值為13.8cm/s2， 小于 《建筑抗震設計規(guī)范》[4](GB50011—2010)中多遇地震下地面加速度最大值18cm/s2。最終設計采用時程分析法主要計算結果包絡值和反應譜計算結果之間的較大值。圖5為三條地震波的加速度時程曲線與加速度反應譜曲線。

圖5 地震波加速度時程曲線與加速度反應譜曲線

表1 抗震設計控制目標

4 結構整體分析計算結果

4.1 周期與振型

本工程取前36個振型進行地震計 算 分 析 ， 從 SATWE、PMSAP、ETABS三種結構分析軟件的計算結果來看，第一、二周期均分別為X方向和Y方向的平動，第三周期均為繞Z軸的扭轉，結構的第一自振周期分別為4.120s，4.106 s和4.081 s。 PMSAP、ETABS與SATWE計算的第一周期的誤差分別為：-0.3%、-0.9%，計算結果基本一致。三種軟件計算的結構質量參與系數都大于90%，第一扭轉周期與第一平動周期比值均小于0.85，滿足規(guī)范要求。

4.2 位移和扭轉位移比

采 用 SATWE、PMSAP、ETABS三種結構分析軟件，分別計算了結構在風荷載、規(guī)范反應譜工況下結構最大層間位移角和結構最大層間位移比。在風荷載作用工況下，三種軟件計算的x向最大層間位移角分別為1/2378（層19）、1/2581（層19）和1/2398（層19），y向最大層間位移角分別1/2423（層 15）、1/2435 （層 15）和1/2212（層15）；在規(guī)范反應譜工況下，三種軟件計算的x向的最大層間位移角分別為1/2578（層19）、1/3021（層19）和1/3051（層19），y向的最大層間位移角分別1/1524（層15）、1/1560（層15）和1/1698（層15）；最大層間位移角均小于 《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中框架核心筒結構彈性層間位移角1/800的限值。三種軟件計算的結構最大層間位移比均不大于1.2，滿足規(guī)范小于1.4的要求。根據唯一計算結果，本結構剛度較大，能很好的滿足抗側力要求。

4.3 剛度比分析

4.3.1 樓層剛度比

采用SATWE整體建模分析，不考慮土體約束，選用地震剪力與層間位移比算法，其首層樓層側向剛度與二層樓層側向剛度比：X向3.45>2，Y向2.14>2，滿足規(guī)范對嵌固條件的剛度比要求，故選取首層樓板作為整個結構的嵌固層是合理的。同時SATWE、PMSAP及ETABS三種軟件整體計算的X、Y方向樓層側移剛度與上一層相應側移剛度70%的比值或上三層平均側移剛度80%的比值均大于1，滿足規(guī)范要求。

4.3.2 薄弱層等效剛度比

由于結構2~4層中央大廳上空，樓板不連續(xù)，2~4層樓板已不符平面內無限剛的假定，樓層剛度已無實際意義。為計算薄弱層上下剛度比，近似采用《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[5]附錄E.0.3的方法，取薄弱層上下等效側向剛度比ye2。為準確反映中央大廳開洞的影響，模型中僅保留塔樓范圍的構件，采用MIDAS對裙房屋面層上下分別建立兩個模型，模型A（圖6）和模型B（圖7）。

表2 時程分析與反應譜分析結果比較

圖6 模型A

圖7 模型B

模型A為1~5層，高度19.2m；模型B為5~9層，高度18m，滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》附錄E.0.3中要求上下兩個模型高度應接近但比值不大于1的要求。模型中不考慮風荷載、地震作用及附加恒、活載，樓板設置為彈性樓板。在模型A、B的頂部施加相同的水平力，計算得出X、Y向等效側向剛度比分別為0.88和0.91，均大于《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[5]限值0.8。由此可見，中央大廳開洞對剛度造成的削弱較小，樓層上下剛度變化基本平緩、均勻。

4.4 彈性時程分析

本工程采用ETABS軟件進行彈性動力時程分析，表2列出了時程分析與規(guī)范反應譜分析結果的比較，同時圖8繪制出了時程分析法與反應譜法計算的樓層層間位移角的對比。

圖8 時程分析法與反應譜法計算的樓層層間位移角的對比

由彈性時程分析結果可知，每條時程曲線計算所得的結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%，三條時程曲線計算所得的結構底部剪力平均值大于振型分解反應譜法計算結果的80%，因此，選用的地震波滿足規(guī)范相關要求。時程分析法與振型分解反應譜法計算結果顯示，二者計算的結構反應特征、變化規(guī)律基本一致，結果合理可信?；诹W概念和工程經驗判斷，結構整體性能合理。

4.5 靜力彈塑性時程分析

運用ETABS軟件對結構在罕遇地震作用下的彈塑性層間位移角比值進行簡化計算，形成能力譜曲線，通過性能點結構頂點位移推算層間位移角，得到X、Y方向的彈塑性層間位移角分別為1/410和1/395，滿足規(guī)范小于1/100的要求。在罕遇地震作用下，筒體剪力墻連梁雖普遍出現裂縫，但絕對數量并不多，且開裂墻體在單層墻體數量看來所占比例不大，框架柱基本上沒有出鉸。因此，本工程主要抗側力構件具有有限的塑性發(fā)育，但沒有屈服，滿足大震不屈服的要求。結構具有足夠塑性變形能力和內力重分布能力而不至于被破壞到臨界倒塌極限狀態(tài)。這些塑性發(fā)育較充分的開裂墻體應當采取增加配筋率等有效措施來適當加強，盡可能地減少大震下的裂縫，確保主要抗側力構件的后續(xù)耗能能力。

5 薄弱層樓板應力分析

由于結構2~4層有平面開大洞的情況，為準確反映樓板應力分布，采用殼單元模擬連接樓板，不考慮樓板的剛度折減，進行設防地震下的連接樓板平面內拉力 （應力沿板厚方向積分）分析。

圖9 2層樓板X方向分布力圖（kN/m）

圖10 4層樓板X方向分布力圖（kN/m）

圖11 4層樓板X方向分布力圖（kN/m）

圖12 5層樓板X方向分布力圖（kN/m）

圖9~圖12分別為2~5層樓板，設防地震下沿X方向的內力分布圖。其中2~4層樓板厚度120mm，混凝土等級為C40，配筋為雙層雙向8@150，抗拉承載力為446kN/m。五層樓板厚度150mm，混凝土等級為C40，配筋為雙層雙向10@150，抗拉承載力為632kN/m。由下面應力分布圖可見，各層開大洞附近樓板拉力均小于樓板抗拉承載力，說明樓板仍可保持彈性。

6 抗震設計措施

（1）2~5層薄弱部位框架梁按照中震 不屈服進行構件設計，框架柱和剪力墻按照中震彈性進行構件設計。

（2）通過合理的布置剪力墻，使結構剛度中心與樓層質量中心盡量接近，結構的位移比、周期比均滿足規(guī)范的要求，側向剛度均勻變化，并在塔樓周圈設置加強環(huán)梁，增強結構的抗扭轉性能。

（3）提高結構延性，增加結構在地震下耗能性能，滿足抗震設計要求，其一限制剪力墻、框架柱軸壓比，小于規(guī)范限值；其二提高筒體四角墻體暗柱配筋率及墻體分布筋配筋率等構造措施；其三加強連梁等耗能構件的上、下縱筋配筋率及箍筋配筋率設計。

（4）裙房屋面（五層樓板）處因剛度突變，為加強樓板剛度，取板厚不小于150mm，樓板配筋率不小于0.3%，雙層雙向配筋。中央大廳兩側及上方裙房屋面框梁加高加強，以提高裙房高度范圍結構剛度和承載能力。

（5）首層至裙房屋面（五層樓板）存在大開洞情況，首層至五層樓板范圍內的柱子箍筋采用全高加密措施，且箍筋間距≤100mm，同時提高墻體配筋率，該范圍內筒外壁墻體分布筋配筋率達到0.7%，以提高墻柱抗剪承載力與延性。

7 結論

本工程為鋼筋混凝土高層建筑，裙房樓板存在局部大開洞情況，屬于超限高層，對此采取了相應的概念設計，進行針對性的結構計算分析，并結合有效的構造措施，可以滿足結構安全性要求，本結構設計方案合理可行。

[1]徐培福,傅學怡,王翠坤等.復雜高層建筑結構設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[2]徐建.建筑結構設計常見及疑難問題解析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[3]重慶市地震研究所.重慶江北嘴金融城2號工程建設場地地震安全性評估報告[Z].2010.6.

[4]中華人民共和國行業(yè)標準.建筑抗震設計規(guī)范GB50011—2010[S].

[5]中華人民共和國行業(yè)標準.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ 3—2010[S].