駱志成，覃 浩

（1、廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣州510010；2、廣州市設(shè)計院 廣州510620）

1 工程概況

本工程位于廣州市荔灣區(qū)，鶴洞路以南，芳村大道以西，項目總建筑面積329 209 m2，擬建9 棟35～42層的高層建筑、1 層會所，整個地塊為2 層地下室，局部3 層地下室。項目功能主要為住宅樓，并配置少量商業(yè)功能。本文介紹其中4～9 號住宅樓，如圖1 所示。4～9 號樓戶型一致，各號樓塔樓出±0.00 之后均設(shè)縫脫開，每棟塔樓均帶1～2 層商業(yè)裙樓。塔樓主屋面標高為127.450 m，出屋面機房頂標高為130.200 m。首層層高為5.05 m，標準層為3.0 m，地面以上42 層。

圖1 效果圖Fig.1 The Renderings

結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度取7度，設(shè)計基本地震加速度為0.1 g，場地類別為Ⅱ類，設(shè)計地震分組為第一組，阻尼比為0.05。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 結(jié)構(gòu)體系與布置

塔樓結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土剪力墻，剪力墻作為抗側(cè)力構(gòu)件。標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖2 所示，樓梯和電梯周邊布置剪力墻形成核心筒，筒內(nèi)樓板厚度及配筋加強，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度[1]。其余剪力墻滿足建筑功能的同時，盡量均勻布置，建筑角部布置較長剪力墻以提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)[2]。首層以下剪力墻厚度主要為300 mm，逐步往上遞減至200 mm，底層樓層墻柱混凝土強度等級采用C60，向上過渡直至C30。

圖2 塔樓標準層結(jié)構(gòu)平面圖Fig.2 Structural Plan of Tower A Standard Floor

結(jié)構(gòu)標準層長36.5 m、寬32.7 m，外圍主要梁截面為：200 mm×1 000 mm、200 mm×550 mm、200 mm×400 mm，主要樓板厚度100～120 mm，核心筒處140 mm。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計

4～9 號塔樓嵌固端設(shè)在底板，各棟均采用相同布置的筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為1 800 mm，滿足墻柱沖切驗算[3]，周邊布置后澆帶，5～9 號樓以地勘報告中第〈4-2〉層強風化巖為持力層，持力層承載力特征值為550 kPa，修正后為697 kPa，基礎(chǔ)承載力不滿足區(qū)域需開挖至持力層，開挖深度應(yīng)視實際情況而定，并回填素混凝土C15 至基底標高。

4 號樓基礎(chǔ)平面布置圖如圖3 所示，塔樓范圍內(nèi)底板處主要是粉質(zhì)粘土，持力層承載力特征值為250 kPa，需要地基處理，因此采用素混凝土樁法進行地基處理[4]，處理后采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為1 800 mm，素混凝土樁混凝土強度等級為C30，樁徑800 mm、間距3.2 m，素混凝土樁的豎向抗壓承載力為4 300 kN，樁的有效長度16 m，處理后復(fù)合地基承載力特征值不低于600 kPa，樁頂設(shè)300 mm 厚級配砂石（最大粒徑小于20 mm）的褥墊層，其夯填度（夯實后的厚度與虛鋪厚度的比值）不應(yīng)大于0.9。另外，4 號樓筏板配筋需按樁筏和筏板分別計算，取包絡(luò)設(shè)計值。

圖3 4 號樓基礎(chǔ)平面布置圖Fig.3 Foundation Layout Plan of Building Four

5～9 號樓筏板基礎(chǔ)沉降采用規(guī)范簡化計算公式計算，以5 號樓為例進行說明。通過計算分析可知，筏板基底無零應(yīng)力區(qū)，整體沉降量不大于規(guī)范的200 mm，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)《巖土工程勘察報告》提供巖土力學參數(shù)建議值表，〈4-2〉層強風化巖對應(yīng)的變形模量為E0=130 MPa；沉降計算如下：總荷載∑（F+G）=741 345.5 kN，筏板面積AREA=973.3 m2，折算矩形基礎(chǔ)寬度b=SQRT（AREA）=31.2 m，基底上土自重壓力Pc=149.2 kN/m2，基底附加壓力P0=612.4 kN/m2。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：廣東省標準DBJ 15-31-2003》[5]6.3.5 條2 款計算整體沉降：

S=α·P0·b/E0=0.5×0.61248×31200/130=73.4 mm，小于規(guī)范的200 mm 限值，符合規(guī)范要求。

2.3 超限情況

依據(jù)《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查實施細則》（下稱《細則》）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50011-2010》[6（]下稱《抗規(guī)》）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 3-2010》[7]（下稱《高規(guī)》）以及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：廣東省標準DBJ 15-92-2013》[8]（下稱《廣東省高規(guī)》）的有關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)超限情況如下：①高度超限，塔樓主體結(jié)構(gòu)高度為127.40 m，超出《細則》高度限值及《高規(guī)》A 級高度限值，為B 級高度建筑。②Ⅰ類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，偶然偏心地震作用下，塔樓最大扭轉(zhuǎn)位移比1.27，大于1.2。③凹凸不規(guī)則，平面凸出尺寸12.7 m，投影方向總尺寸為36.5 m，經(jīng)計算為35%＞30%，為凹凸不規(guī)則。

2.4 結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位性能目標

塔樓高度超A 級高度約6%，主要考慮結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)抗震性能目標設(shè)定為C 級。多遇地震、設(shè)防烈度地震及罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)抗震性能分別對應(yīng)1、3、4 性能水準。

3 結(jié)構(gòu)計算分析

本工程彈性計算采用SATWE（2012年版）和YJK1.6.2.2。利用YJK 軟件選取規(guī)范和安評反應(yīng)譜對結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果表明，振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果基本可以包住時程法計算結(jié)果的平均值，個別樓層包不住的進行地震力放大，地震力放大系數(shù)為時程計算結(jié)果的平均值/振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果，地震力放大X、Y向分別為1.166、1.165，故按在振型分解反應(yīng)譜法基礎(chǔ)上各層放大后的計算結(jié)果做施工圖設(shè)計。因此本工程采用規(guī)范的地震動參數(shù)進行多遇地震計算，中震和大震計算采用規(guī)范的地震動參數(shù)。

3.1 小震彈性反應(yīng)譜計算分析

小震作用下結(jié)構(gòu)的主要整體計算結(jié)果對比如表1所示，結(jié)論如下：

⑴第1 扭轉(zhuǎn)周期與第1 平動周期的比值小于0.85，滿足高規(guī)3.4.5 條要求；

⑵有效質(zhì)量系數(shù)大于90%，振型數(shù)量滿足規(guī)范要求；

⑶多遇地震或風荷載下，層間位移角滿足《廣東省高規(guī)》3.7.3 條要求；

⑷剪重比滿足抗震規(guī)范的樓層；

⑸偶然偏心地震作用下，存在Ⅰ類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；

⑹各層側(cè)向剛度比最小為1.13，滿足《廣東省高規(guī)》要求；

⑺各層受剪承載力均不小于上一層的80%，滿足高規(guī)3.5.3 條；

⑻剛重比大于1.4，小于2.7，滿足規(guī)范的穩(wěn)定性要求，但需考慮重力二階效應(yīng)影響；

⑼SATWE、YJK 兩軟件計算結(jié)果進行對比，表明計算模型合理、可靠，可以較為真實反映結(jié)構(gòu)的受力狀況。

3.2 中震彈性計算分析

采用YJK 軟件對結(jié)構(gòu)進行了中震下受力分析，小震彈性和中震彈性下，豎向構(gòu)件水平筋對比，豎向構(gòu)件水平筋主要是小震控制，為了滿足性能目標，取包絡(luò)設(shè)計。計算結(jié)果表明，所有豎向構(gòu)件抗剪均滿足計算要求，滿足中震彈性的性能水準。

3.3 中震不屈服計算分析

采用YJK 軟件對結(jié)構(gòu)進行了中震下受力分析，小震彈性和中震不屈服下，豎向構(gòu)件水平筋、剪力墻連梁、框架梁配筋對比，配筋既有小震控制，也有中震不屈服控制，為滿足性能目標，施工圖取包絡(luò)設(shè)計。計算結(jié)果表明，所有豎向構(gòu)件抗彎及耗能構(gòu)件抗剪均滿足計算要求，滿足中震不屈服的性能水準。

3.4 大震不屈服抗剪截面驗算

采用YJK 軟件，按等效彈性法對結(jié)構(gòu)進行了大震不屈服下抗剪截面驗算。計算參數(shù)取值如下：地震影響系數(shù)為0.5，特征周期為0.4 s，阻尼比取0.07。取首層及2 層剪力墻驗算，結(jié)果滿足設(shè)定的構(gòu)件性能指標。

4 罕遇地震下的靜力彈塑性分析

本工程采用SATWE 進行罕遇地震作用下靜力彈塑性推覆分析。構(gòu)件配筋按SATWE 計算結(jié)果，其中底部加強區(qū)剪力墻豎向構(gòu)件分布筋配筋率為0.30%。分析總結(jié)如下：

表2 列出5 號樓的主要計算結(jié)果，各方向靜力彈塑性分析中各層位移角最大值均小于1/100，符合《高規(guī)》第3.7.5 條要求，可實現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標。

表2 靜力彈塑性分析主要結(jié)果Tab.2 Main Results of Static Elastoplastic Analysis

在罕遇地震作用下，如圖4 所示，5 號樓性能點處，底部受拉側(cè)的剪力墻因開裂較多，但未出現(xiàn)大面積完全失效的墻肢，未形成塑性鉸。高區(qū)樓層剪力墻出現(xiàn)裂縫，小片剪力墻開裂較多，但未出現(xiàn)剪力鉸。連梁和框架梁梁端出現(xiàn)塑性鉸。故剪力墻抗剪能力較好，不會發(fā)生剪切破壞，滿足本項目抗震性能水準4的要求。

圖4 PUSHOVER 性能點處塑性鉸圖Tab.4 Plastic Hinge at Performance Point

5 抗震加強措施

⑴ 采用 YJK1.6.2.2 及 PKPM2010 系列的SATWE 等兩個不同力學模型的三維空間分析軟件對結(jié)構(gòu)進行受力分析。

⑵針對結(jié)構(gòu)超限類型，選擇《高規(guī)》性能目標C進行性能設(shè)計。

⑶根據(jù)各水準性能分析結(jié)果，底部加強區(qū)剪力墻豎向分布鋼筋的配筋率0.30%，同時各構(gòu)件根據(jù)各性能水準，取包絡(luò)設(shè)計。

⑷針對平面凹凸不規(guī)則，在凹凸位置利用電梯井、樓梯間布置相對完整的筒體，改善平面薄弱部位受力性能，同時采用YJK 軟件對樓板在小、中、大震下樓板受力進行了分析，表明樓板處于良好的工作狀態(tài)，可以保證結(jié)構(gòu)的整體性[9，10]。

⑸針對平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，計算采用考慮扭轉(zhuǎn)藕連、偶然偏心等空間計算模型進行多軟件的受力對比分析，并對全樓角部剪力墻采用約束邊緣構(gòu)件。

6 結(jié)論

通過概念及性能化設(shè)計，進行了小震、中震及大震作用下計算分析，對相關(guān)構(gòu)件做了適當加強，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)可滿足規(guī)范的有關(guān)要求，能達到C 級抗震性能目標，結(jié)構(gòu)可行且是安全的。