【摘要】宏達商城8#樓為高99.6米的超限高層建筑，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，本文主要針對其超限內容和工程特點介紹其設計思路及設計方法，并根據(jù)結構模型計算分析結果對工程的薄弱部位及關鍵部位采取相應的加強措施，達到抗震性能設計要求。

【關鍵詞】超高層建筑;鋼筋混凝土框架-剪力墻結構;結構抗震性能化設計

1、工程概況

宏達商城項目位于海口市金墾路，包括住宅、辦公、商業(yè)服務配套。一期項目含8棟高層住宅和8#、9#兩棟辦公樓及地下車庫。本文僅以8#樓為例詳細介紹，該單體建筑面積為25159平米，建筑高度99.6米，地上19層，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，地下一層為車庫及設備用房，為框架結構。首層為架空層，層高為5.7m，其余層為標準層，層高5.2m，建筑效果圖如圖1所示。

工程按照國家規(guī)范和海南省現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程設計，抗震設防烈度為8 度，基本地震加速度為0.3g，建筑場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第二組，特征周期為0.40s，抗震設防類別為丙類。建筑高度屬于B級高層建筑; 取50年一遇基本風壓0.75kN/m2用于層間變形、1.1x0.75=0.825用于結構強度驗算，地面粗糙度取B類; 結構設計使用年限為50 年，結構安全等級為二級。

2、基礎設計

基礎設計依據(jù)地質勘察報告及上部結構荷載，場地土層分布如下：①層素填土、②層細砂、③層粗砂、④層粉質黏土、⑤層強風化玄武巖、⑥層中風化玄武巖、⑦層粉質黏土、⑧層強風化凝灰?guī)r、⑨層中風化凝灰?guī)r，飽和單軸抗壓強度標準值ftk=7.61MPa。8#主樓下采用1800m厚平板式樁筏基礎，選用直徑為800mm的沖孔灌注樁，樁長平均15m，單樁抗壓承載力特征值為2600kN，樁端持力層?、釋又酗L化凝灰?guī)r層，樁端進入持力層不少于3.2m; 由于場地地下水位較高，車庫部分有局部抗浮穩(wěn)定問題，故車庫部分地下室基礎采用樁承臺+防水板基礎，選用直徑為800mm的沖孔灌注樁作抗拔樁，抗拔承載力特征值為350kN，樁端持力層及入巖深度與主樓相同。本工程主樓與車庫地下室連為一個整體，不設沉降縫和溫度縫，設計中每隔30～40m設800mm寬的溫度后澆帶，底板和頂板鋼筋雙層雙向拉通，并按細而密的原則增強配筋。

3、結構布置及超限情況

本工程結構平面布置圖如圖2所示，主要抗側力構件為框架柱和剪力墻，依據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2010，剪力墻抗震等級為特一級，框架抗震等級為一級，樓蓋體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系，嵌固端為地下室頂板，標準層板厚100～130mm，墻體、柱混凝土強度等級為C40～C55，梁、板混凝土均采用 C35，4層以下剪力墻墻厚為500～650、柱截面為110x900，4層以上剪力墻厚度為450～250 mm、柱截面為900x850～850x750，沿豎向高度逐段遞減。

依據(jù)《海南省超限高層建筑抗震設計要點》的要求，結構超限情況為以下兩點：

（1） 本工程建筑高度為99.6米，超出規(guī)范8度（0.30g）框架-剪力墻結構A級高度限值，為B級高度。

（2） 扭轉不規(guī)則：在地震力作用下，考慮偶然偏心的扭轉位移比大于 1.2。

4、結構計算與分析

4.1抗震性能目標

針對結構的超限情況，綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構的特殊性、造價等因素后，設定結構抗震性能目標如下表1，對應性能水準參《高規(guī)》第3.11節(jié)抗震性能目標D的規(guī)定。

4.2小震及風荷載作用下彈性計算

彈性分析選用YJK軟件（簡化墻元模型）和 ETABS 軟件（細分墻元模型）進行計算，考慮偶然偏心、雙向地震作用、扭轉耦聯(lián)以及施工模擬加載的影響。計算參數(shù)依據(jù)規(guī)范取值，主要計算結果如下：YJK計算的周期T1=2.336、T2=2.243、T3=1.909、Tt/T1=0.82;ETABS計算的周期T1=2.347、T2=2.179、T3=1.911、Tt/T1=0.81;YJK計算的最大層間位移角X向風工況下為1/5767、Y向風工況下為1/1997、X向地震工況下為1/872、Y向地震工況下為1/748;ETABS計算的最大層間位移角X向風工況下為1/5556、Y向風工況下為1/2101、X向地震工況下為1/814、Y向地震工況下為1/736。以上指標兩個軟件計算結果比較接近，相差較少。

YJK計算X向樓層層間位移的最大值與平均值的比值為1.04，Y向樓層層間位移的最大值與平均值的比值為1.33，屬于扭轉不規(guī)則。

各項計算結果表明， 計算指標滿足相關規(guī)范要求，截面取值合理，結構體系選擇恰當。

4.3? 0.2V0? 調整

根據(jù)《高規(guī)》第8.1.4條規(guī)定，框架-剪力墻結構各層框架所承擔的地震總剪力不應小于0.20V0和1.5Vf，max的較小者，以保證作為第2道防線的框架具有一定的抗側力能力。

計算結果顯示：在規(guī)定的水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆彎矩為26.8%（X向）和12.5%（Y向），符合《高規(guī)》第8.1.3 條中按框架-剪力墻結構進行設計的條件，可按框架-剪力墻結構進行設計，并且按 8.1.4 條進行框架地震剪力調整。

4.4 小震彈性時程分析

根據(jù)《抗規(guī)》5.1.2 條表規(guī)定，采用YJK程序進行了多遇地震作用下的彈性時程分析。按照地震動三要素（頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時間）的要求，選取了5 組天然波和 2 組人工波進行彈性時程分析，在進行時程分析時，主方向與次方向加速度最大值的比例為1.00∶0.85。計算結果顯示，7組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符（ 地震影響系數(shù)在主要振型的周期點上相差不大于20% ）。計算結果見表2及圖3。

如表5所示：7條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80%，每條地震波底部剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%，計算結果取時程分析法的平均值和振型分解反應譜法的較大值。

4.5 中震不屈服、大震滿足受剪截面控制要求

中震和大震計算采用SATWE軟件進行計算，按照選定的性能目標 D，對關鍵構件進行中震不屈服、大震滿足受剪截面控制要求（在前期方案階段大震采用了等效彈性模型）。

按中震不屈服計算得出的組合內力比按小震組合大，中震不屈服計算得出的配筋也大于小震組合，本工程底部加強區(qū)剪力墻、柱按中震組合進行強度設計，構件均可以滿足中震不屈服的性能目標。

大震作用下，底部X向剪力為110.3MN，與小震CQC的比值為3.46，剪重比1.6%;Y 向剪力為125.3MN，與小震CQC的比值為3.81，剪重比1.8%;X、Y向最大層間位移角分別為1/111和1/116，小于規(guī)范限值1/100。在大震情況下，底部加強區(qū)剪力墻和框架柱的抗剪計算配筋均在可實施范圍，可以實現(xiàn)大震滿足受剪截面的性能目標。

5、針對薄弱部分所采取的加強措施

根據(jù)工程超限情況及其特點，采取以下加強措施：

5.1 剪力墻是辦公樓的主要抗側力構件，須采取措施提高剪力墻的延性，使抗側剛度與整體結構延性更好的匹配，以達到框架和剪力墻有效地協(xié)同抗震。

針對剪力墻的具體措施有：①底部加強區(qū)剪力墻抗震等級提高到特一級，按中震不屈服、大震滿足受剪截面的性能目標D進行設計;②底部加強區(qū)抗震特一級墻身的水平和豎向分布鋼筋最小配筋率按0.4%，約束邊緣構件豎向筋最小配筋率為1.4%，配箍特征值提高20%;③中震墻肢平均拉應力驗算按照《海南省超限高層建筑抗震設計要點》執(zhí)行;④本項目底部樓層因墻肢截面高厚比小于4，部分短墻肢指定成框架柱進行了補充計算，實際配筋采用墻模型和柱模型包絡設計。

5.2 針對X向剪力墻較少，采用了加大X向外框梁截面，提高外框架承擔的地震剪力，底部框架柱采用延性較好的混凝土柱，部分柱采用了型鋼混凝土柱，柱軸壓比最大為0.65。

5.3 針對Y向缺少耗能機制的不足，采取了在剪力墻中開洞的耗能措施。

結論：

本項目在設計中采用概念設計方法，根據(jù)抗震設計原則及建筑特點，首先對整體結構體系及布置進行了仔細的分析并作優(yōu)化，使其具有良好的結構抗震性能。計算結果表明，多項計算指標均表現(xiàn)較為良好，滿足相關規(guī)范要求，使不規(guī)則程度得到有效控制，同時又通過概念設計及各階段的計算分析對關鍵和重要構件進行了適當加強，并在構造措施方面也相應作了處理。

本工程除能滿足豎向荷載和風荷載作用下的有關各項指標外，結構抗震性能目標達到D級，因此我們認為結構選型合理、安全、可行。

作者簡介：

馬月（1973年），女，海南省?？谑腥耍呒壒こ處?，一級注冊結構工程師，主要從事建筑工程結構設計工作。