李 天, 梁 川, 杜 勇

(中國十九冶集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司， 四川成都 611700)

1 工程概況

本項(xiàng)目由2棟樓組成，其中塔樓為帶一跨裙房的超高層辦公樓，裙樓為多層商業(yè)，地下三層。地上建筑面積為85 295.80 m2，地下建筑面積為34 889.63 m2，總建筑面積為120 185.43 m2。地下室為商業(yè)、停車庫和設(shè)備用房。

塔樓由一個(gè)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，總建筑高度為157.650 m，地面以上38層，超過A級(jí)高度規(guī)范限值(130 m)，屬于B級(jí)高度結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.9 m。結(jié)構(gòu)單元長47.000 m，寬40.300 m，高寬比3.912。核心筒長20.450 m、寬16.300 mm，高寬比：9.67。塔樓采用抗側(cè)剛度大的框架-核心筒結(jié)構(gòu)。在配合建筑平面布局和功能要求的前提下，結(jié)構(gòu)上對(duì)抗震墻進(jìn)行靈活性布置，即縱橫同時(shí)設(shè)置抗震墻，使其互為翼緣，目的是為了同時(shí)滿足剛度要求和抗震墻平面外穩(wěn)定性要求。建筑概況、結(jié)構(gòu)典型計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)層平面布置及計(jì)算模型如圖1～圖3。

圖1 天府大廈效果圖

圖2 典型標(biāo)準(zhǔn)層平面布置

圖3 空間計(jì)算模型

2 小震反應(yīng)譜計(jì)算對(duì)比解析

本塔樓采用YJK、SATWE及MIDAS Building進(jìn)行常規(guī)計(jì)算結(jié)果的對(duì)比計(jì)算分析。主要分析結(jié)果詳見表1。

由以上對(duì)比分析結(jié)果可知：結(jié)構(gòu)模型分析準(zhǔn)確，各階振型清晰，振型成份合理；結(jié)構(gòu)體系具有滿足規(guī)范要求的抗側(cè)剛度和抗扭剛度；結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度沿房屋高度變化較均勻，無軟弱層(薄弱層施工圖設(shè)計(jì)時(shí)按規(guī)范調(diào)整)。

3 小震彈性時(shí)程分析

本工程彈性時(shí)程分析時(shí)所采用的地震波按特征周期與本工程相同或相近的原則，從YJK軟件提供的時(shí)程曲線庫中選取兩條人工波和五條自定義天然波時(shí)程曲線。各地震波反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜對(duì)比如圖4。

由YJK軟件按彈性時(shí)程分析法計(jì)算，各條地震波所得基地剪力及其平均值與按振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算所得基底剪力比較詳表2。

主方向最大樓層剪力如圖5、圖6，最大層間位移角曲線如圖7、圖8所示。

由以上分析結(jié)果可知：所選取的小震時(shí)程波基本滿足抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的選波要求，與規(guī)范反應(yīng)譜在統(tǒng)計(jì)意義上相符。塔樓在結(jié)構(gòu)主方向上的基底剪力，單條地震波輸入的彈性時(shí)程分析所得的基底剪力不小于按振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算所得基底剪力的65 %，且不大于135 %；七條地震波輸入的彈性時(shí)程分析所得基底剪力的平均值不小于按振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算所得基底剪力的80 %，且不大于120%。七組地震波時(shí)程計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)最大層間位移角均小于GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定的限值。故本塔樓在小震作用下結(jié)構(gòu)整體和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 小震計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表2 基底剪力比較

圖4 規(guī)范普與地震波譜對(duì)比

圖5 地震波作用方向?yàn)?°時(shí)樓層剪力曲線

圖6 地震波作用方向?yàn)?0°時(shí)樓層剪力曲線

圖7 地震波作用方向?yàn)?°時(shí)層間位移角曲線

圖8 地震波作用方向?yàn)?0°時(shí)層間位移角曲線

4 中震作用下結(jié)構(gòu)性能分析

中震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能分析不考慮風(fēng)荷載效應(yīng)的組合，不考慮與抗震等級(jí)相關(guān)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)。當(dāng)按彈性計(jì)算時(shí)，需考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)﹑材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)，當(dāng)按不屈服計(jì)算時(shí)，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)﹑材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)。中震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)定的性能目標(biāo)為：底部加強(qiáng)部位的剪力墻、框架柱等關(guān)鍵構(gòu)件的抗剪、抗彎承載力應(yīng)滿足不屈服性能要求；一般部位的剪力墻、框架柱允許部分屈服，抗剪截面應(yīng)滿足要求；大部分框架梁、連梁等耗能構(gòu)件允許進(jìn)入屈服階段，部分允許破壞。塔樓中震作用下按彈性和不屈服計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)整體性能詳表3。

表3 中震作用下結(jié)構(gòu)整體性能

由計(jì)算結(jié)果可以得出：框架柱在中震彈性工況下未出現(xiàn)抗剪、抗彎超筋信息，說明框架柱處于中震抗剪、抗彎彈性的工作狀態(tài)?？蚣苤目拐鹦阅芨哂诒竟こ淘O(shè)定的性能目標(biāo)要求。底部加強(qiáng)部位剪力墻在中震彈性(抗剪)、中震不屈(抗彎)工況下未出現(xiàn)超筋信息，說明底部加強(qiáng)部位剪力墻處于中震抗剪彈性﹑抗彎不屈的工作狀態(tài)，底部加強(qiáng)部位剪力墻的抗震性能高于本工程設(shè)定的性能目標(biāo)要求。故在中震作用下，結(jié)構(gòu)的整體抗震性能及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能均滿足預(yù)先設(shè)定的抗震性能目標(biāo)D要求。

5 大震作用下結(jié)構(gòu)性能分析

大震作用下的彈塑性時(shí)程分析采用YJK-A結(jié)構(gòu)分析軟件，彈塑性時(shí)程分析采用了和彈性時(shí)程分析相同的7條波(R1、R2、T1、T2、T3、T4、T5)，分別進(jìn)行X方向和Y方向的彈塑性時(shí)程分析。彈塑性最大層間位移角如圖9、圖10所示。

圖9 X向最大層間位移角曲線

圖10 X向最大層間位移角曲線

由分析結(jié)果可以得出：在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移角均小于1/110的規(guī)范規(guī)定限值，層間位移角剛度樓層變化較平緩，說明塔樓的剛度分段均勻。結(jié)構(gòu)整體及各構(gòu)件的抗震性能滿足 “罕遇地震作用下不倒”的要求。為了體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在罕遇地震中的破壞情況，下面以罕遇地震下產(chǎn)生的最大層間位移角的人工地震波為例，給出局部位置核芯筒的墻體壓傷圖(圖11、圖12)，框架和剪力墻塑性發(fā)育情況(圖13、圖14)。

圖11 X向一層墻體壓傷

圖13 一層構(gòu)件受拉破壞等級(jí)

圖14 頂層構(gòu)件受拉破壞等級(jí)

由分析結(jié)果可知：計(jì)算所得的塔樓結(jié)構(gòu)性能點(diǎn)最大彈塑性層間位移角為1/183(1/155)，均小于規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)允許最大彈塑性層間位移角(1/110)，滿足規(guī)范規(guī)定要求；從墻的損傷情況來看，剪力墻的受拉開裂部位主要發(fā)生在底部加強(qiáng)區(qū)。墻肢的損傷主要以水平裂縫為主，且大部分墻肢受損輕微，表明結(jié)構(gòu)在罕遇地震下仍有一定的安全儲(chǔ)備，剪力墻受壓損傷嚴(yán)重的樓層主要集中在9～16層，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，加大9～16層損傷嚴(yán)重墻體墻身鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)區(qū)墻體通過提高配筋率來抵抗地震作用下引起的拉力，改善剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的延性；從塑性鉸的分布來看，連梁、框架梁出現(xiàn)塑性鉸，剪力墻受損輕微、框架柱存在局部樓層輕微受損，符合強(qiáng)柱弱梁的概念設(shè)計(jì)。

6 抗震加強(qiáng)措施

根據(jù)上述分析，在施工圖階段采取以下抗震加強(qiáng)措施：

(1)嚴(yán)格控制剪力墻和塔樓框架柱的軸壓比、剪壓比，提高豎向構(gòu)件的承載力和延性；

(2)核心筒內(nèi)部樓板加厚(150 mm)，配筋率不小于0.3 %、核心筒以外的樓板，配筋率不小于0.25 %；

(3)塔樓框架柱地下一層～三層內(nèi)設(shè)置構(gòu)造型鋼，第四層設(shè)型鋼柱過渡層，短柱樓層構(gòu)造設(shè)芯柱，柱子出現(xiàn)損傷的樓層，加大其箍筋直徑，使結(jié)構(gòu)剛度沿豎向均勻變化。9～16層局部墻體損傷嚴(yán)重，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)增大墻身鋼筋的配筋率；

(4)按中震作用下，框架柱抗剪、抗彎彈性，底部加強(qiáng)部位剪力墻抗剪彈性、抗彎不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)；大震作用下，框架柱抗剪、抗彎不屈服，其余標(biāo)高框架柱抗剪不屈服，底部加強(qiáng)部位剪力墻抗剪不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7 結(jié)論

本工程塔樓(房屋高度為157.650 m)為具有扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、局部不規(guī)則、承載力突變?nèi)?xiàng)一般不規(guī)則的B級(jí)高度高層建筑，屬于超限高層建筑結(jié)構(gòu)。在小震作用下，SATWE、YJK-A與midas-Building模型計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上雖存在一定的差異，但基本規(guī)律一致，除個(gè)別連梁外，絕大部分構(gòu)件均處于彈性工作狀態(tài)。中震作用下，塔樓框架柱的正截面受彎、斜截面受剪基本處于彈性狀態(tài)(略高于性能目標(biāo)D[2]的要求)。在大震作用下，塔樓框架柱、底部加強(qiáng)部位剪力墻的正截面受彎、斜截面受剪基本處于不屈狀態(tài)。本工程通過對(duì)小震、中震和大震作用下結(jié)構(gòu)的性能分析，計(jì)算結(jié)果中的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程的要求并在合理范圍內(nèi)，同時(shí)加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)[3]并根據(jù)時(shí)程分析結(jié)果采取有針對(duì)性的加強(qiáng)措施，保證結(jié)構(gòu)的安全性。