中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000

1 工程概況

某大廈為高層辦公寫(xiě)字樓，總共54層，其中地面50層、地下4層，建筑總面積為94167m2，主體高度為168m。地上第1～4層是商業(yè)用房，第4層的頂部建立設(shè)備層；第5～50層為辦公用房；地下第1～4層是地下停車(chē)場(chǎng)，地下第4層建立甲六級(jí)的人防掩蔽工程場(chǎng)所。該大廈的主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土的框架及核心筒的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)年限為50年，抗震為乙類(lèi)，安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)地震的分組為第一組，抗震烈度為6度，場(chǎng)地為Ⅱ類(lèi)，特征周期為0.35s，設(shè)計(jì)地震加速度為0.05g。

2 結(jié)構(gòu)抗震預(yù)期性能和目標(biāo)

依據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)，并和建設(shè)方進(jìn)行協(xié)商后明確抗震的設(shè)計(jì)需要達(dá)到《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）中的性能要求。

（1）小震作用（αmax=0.05）：未對(duì)性能的等級(jí)造成破壞，且層間位移角未達(dá)限值1/800，符合標(biāo)準(zhǔn)彈性的要求，主體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震的承載力符合規(guī)范，全部構(gòu)件在彈性工作的狀態(tài)。

（2）中震作用（αmax=0.13）：對(duì)性能等級(jí)造成的損壞可修復(fù)，層間位移角的限值為1/400，主體框架柱在彈性狀態(tài)，剪力墻的抗剪承載力在基本彈性下，框架梁允許部分進(jìn)入塑性，剪力墻連梁允許部分進(jìn)入塑性，剪力墻受彎承載力允許部分進(jìn)入塑性。

（3）大震作用（αmax=0.33）：性能等級(jí)達(dá)到無(wú)倒塌，層間位移角的限值為1/200，剪力墻和框架柱可以進(jìn)入塑性，但對(duì)變形能控制，符合抗剪截面的最低標(biāo)準(zhǔn)，剪力墻連梁可入塑性，框架梁可入塑性，并且需要符合抗剪截面的最低標(biāo)準(zhǔn)，剪力墻的受彎承載力可入塑性，但能控制拉應(yīng)力。

3 結(jié)構(gòu)整體的分析和計(jì)算

3.1 小震下反應(yīng)譜彈性

此次選擇使用SATWE與Midas Building兩種軟件，分析時(shí)的相關(guān)參數(shù)如下：風(fēng)荷載w0=0.40kN/m2，地面的粗糙程度設(shè)定為B類(lèi)；地震影響系數(shù)αmax=0.04，另外需要考慮偶然偏心與雙向地震，因此計(jì)算時(shí)的振型數(shù)設(shè)為24；剪力墻和框架的結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)均為一級(jí)。SATWE與Midas Building的彈性計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表1所示。

表1 SATWE與Midas Building的彈性計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表1可知，不同的軟件顯示的彈性的結(jié)果大致相同，各項(xiàng)指標(biāo)也屬于正常狀態(tài)，符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建筑的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算達(dá)標(biāo)。在建筑中部的一些樓層內(nèi)，偶然偏心地震的作用下，樓層出現(xiàn)的最高位移比高于1.2，但均低于標(biāo)準(zhǔn)限值1.4。另外，由于Y方向長(zhǎng)，X方向偶然的偏心距離大，并且結(jié)構(gòu)在第1階的扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的比值小于0.8，進(jìn)一步表明建筑結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)的性能十分高?？傊?，在小震的分析內(nèi)，該建筑的結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)控制的指標(biāo)中完全符合標(biāo)準(zhǔn)，并且構(gòu)件抗震的承載力和層間位移也完全符合當(dāng)前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)高于150m的建筑結(jié)構(gòu)要求其具備良好使用的各項(xiàng)基本條件，并滿足舒適度的控制標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)詳細(xì)的分析和計(jì)算，此次研究的建筑結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的最大加速度為0.05m/s2，低于標(biāo)準(zhǔn)限值，因此該建筑具備良好的舒適度。

3.2 中震彈性分析

依據(jù)對(duì)性能的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)開(kāi)展中震彈性分析，剪力墻與框架柱受剪承載力依據(jù)中震的彈性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，剪力墻的受彎承載力則根據(jù)中震不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用SATWE計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，考慮中震彈性設(shè)計(jì)的最高影響系數(shù)，取αmax=0.12，并保留荷載分項(xiàng)系數(shù)與材料分項(xiàng)系數(shù)，但不需要考慮結(jié)構(gòu)抗震內(nèi)力的調(diào)整系數(shù)、增大系數(shù)，以及承載力的抗震調(diào)整系數(shù)γRE。在設(shè)計(jì)中震不屈服時(shí)，最大影響的系數(shù)依據(jù)中震進(jìn)行考慮，材料與荷載的分項(xiàng)系數(shù)為1.0，鋼筋與混凝土使用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

最終的計(jì)算結(jié)果顯示，在中震下建筑的框架柱符合彈性，剪力墻受剪承載力也符合基本的彈性，剪力墻的受彎承載力也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而在中部的一部分剪力墻連梁出現(xiàn)超筋的情況。

3.3 結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程的分析

對(duì)小震的反應(yīng)譜法結(jié)果進(jìn)行核對(duì)，對(duì)比其和SATWE彈性的分析結(jié)果。依據(jù)Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地波庫(kù)采用天然波TH2TG035、TH3TG035和人工波RHITG035開(kāi)展彈性時(shí)程的對(duì)比分析，最終的分析顯示，時(shí)程的分析結(jié)構(gòu)底部的剪力平均≥反應(yīng)譜法的80%，并且在地震波下的結(jié)構(gòu)底部，其剪力≥反應(yīng)譜法的65%，完全符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

3.4 結(jié)構(gòu)靜力彈塑性的分析

使用Midas Building對(duì)靜力彈塑性進(jìn)行分析，于各框架梁的梁端和框架柱柱端設(shè)立框架鉸，于墻體設(shè)立墻鉸。以X方向、Y方向的地震層剪力來(lái)確定分布荷載為加載的模式，并將位移的增量當(dāng)作增量的控制，然后開(kāi)始X方向、Y方向的靜力彈塑性分析。模擬建筑受力時(shí)，在靜力彈塑分析前考慮恒荷載與活荷載下初始內(nèi)力與變形，因此設(shè)定初始荷載為1.0×恒荷載值+0.5×活荷載值。據(jù)結(jié)果顯示，X方向、Y方向的能力譜和地震需求譜的曲線存在交點(diǎn)，進(jìn)一步證明建筑結(jié)構(gòu)具有一定的抗倒塌能力，完全能起到抵抗地震的作用，符合“大震不倒”標(biāo)準(zhǔn)。在大震下，X方向、Y方向產(chǎn)生的層間位移角最大分別為1/361、1/365，符合大震下的限值標(biāo)準(zhǔn)。另外，在X方向、Y方向的等效阻尼比分別為9.065%、2.11%。依據(jù)能力譜的最終結(jié)果，證明建筑結(jié)構(gòu)的性能在“小震不壞”與“大震不倒”間，但距“大震不倒”還存在一些富余，整體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度方面處于上升段。

在建筑結(jié)構(gòu)的X方向，梁鉸的出現(xiàn)順序與部位如下：（1）當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移處在小震水平之前，大概67mm時(shí)，結(jié)構(gòu)保持彈性，未發(fā)現(xiàn)塑性鉸的出現(xiàn)。（2）當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移處在中震水平，大概192mm時(shí)，在建筑的第24～50層出現(xiàn)第一批塑性鉸，然后隨之出現(xiàn)更多的塑性鉸，出鉸單元比為0.8%。（3）當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移處在大震水平，大概371mm時(shí)，塑性鉸依據(jù)樓層進(jìn)行上下式的發(fā)展，并逐步連通全層，但是即使在大震水平，其出鉸單元比也較低，只有6.0%。

4 地基基礎(chǔ)

此次工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的等級(jí)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為甲級(jí)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘查報(bào)告，顯示現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)比較平坦，標(biāo)高在46.3～47.8m，現(xiàn)場(chǎng)的土層由上至下依次為3～6m的雜填土層、2.1～2.2m的淤泥質(zhì)土層、0.9～2.2m的沖積土層、1.5～5.5m的洪積土層、0.4～6.1m的殘積粉質(zhì)黏土層、0.6～8.6m的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層、22.7m的中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，在鉆孔的有效深度內(nèi)未出現(xiàn)斷裂構(gòu)造和新構(gòu)造，并且擬建現(xiàn)場(chǎng)并無(wú)對(duì)建筑穩(wěn)定造成影響的不良地質(zhì)。

在該建筑的場(chǎng)地范圍，中風(fēng)化的泥砂礫巖層能夠設(shè)計(jì)成樁端的持力層，該層的埋深在18～21m，由于該建筑地下一共4層，在經(jīng)過(guò)全面綜合性的分析后決定使用人工挖孔灌注的基礎(chǔ)樁，并確定樁端的持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，框架柱下為一柱一樁，剪力墻與筒體則使用多樁的聯(lián)合承臺(tái)方案。

該工程的高層與地下的荷載存在較大的差別，但持力層是中風(fēng)化的泥砂礫巖，并且實(shí)際的計(jì)算結(jié)果顯示兩者沉降的變形差較小，在主體施工時(shí)利用設(shè)立后澆帶來(lái)降低變形差，確保能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且該建筑不設(shè)置沉降縫。

5 結(jié)束語(yǔ)

此次設(shè)計(jì)的建筑為B類(lèi)高層建筑，考慮到偶然偏心的作用，故在設(shè)計(jì)時(shí)使用基于性能的設(shè)計(jì)方案，這樣可以進(jìn)一步確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，然后對(duì)建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)展多模型和多軟件的分析。最后結(jié)果表明，建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和小震以及中震和大震下完全符合設(shè)計(jì)的預(yù)期，并且滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。