張學深 鄧侶偉

(江西同濟建筑設計咨詢有限公司 江西南昌 330077)

1 工程概況

某商業(yè)廣場位于湖南省長沙市，建筑主要功能為商業(yè)、影院、公寓等，總建筑面積約384 124 m2。其中88#樓、89#樓為超高層綜合體，裙房部分為商業(yè)，建筑整體效果如圖1所示。88#樓地上55層，地下3層，高度約205.5 m；89#樓地上45層，其中裙房4層，地下3層，高度約206.2 m，本文以89#樓為例，介紹其超限結構設計相關內(nèi)容。

圖1 建筑效果圖

89#樓采用框架-核心筒結構體系，標準層結構平面尺寸為42.0 m×42.0 m，高寬比為4.9，核心筒尺寸14.82 m×23.40 m，核心筒高寬比為13.90，下部設置三層地下室，底板埋深約14 m，該項目地下室平面尺寸約265.5 m×236.59 m，結構超長。

±0.000相當于絕對標高34.8 m，塔樓基礎采用樁筏基礎，筏板及樁基皆以礫砂層為持力層，其中樁基采用樁側及樁端后注漿技術，可以有效提高其單樁承載力。地下室抗浮設計水位29.5 m，地下室及裙樓局部抗浮不足之處局部設置抗浮錨桿。

2 設計參數(shù)

2.1 設計標準

結構設計基準期50年，設計使用年限50年。

5層樓面以下安全等級為一級，抗震設防類別為重點設防類，5層樓面以上安全等級為二級，抗震設防類別為標準設防類，樁基及基礎設計等級為甲級，5層樓面以下框架、核心筒抗震等級為一級，5層樓面以上框架、核心筒抗震等級為二級。

2.2 自然條件

(1)基本風壓：0.35 kN/m2(重現(xiàn)期50年)，地面粗糙度類別為C類；基本雪壓：0.45 kN/m2(重現(xiàn)期50年)。

(2)抗震設防烈度為6度，5層樓面以下抗震措施烈度為7度；5層樓面以上抗震措施烈度為6度；建筑場地類別Ⅲ類；設計地震分組為第一組；場地特征周期0.45s。

3 工程地質(zhì)及水文條件

3.1 工程地質(zhì)

自上而下依次為人工填土(分為雜填土①-1和素填土①-2)、粉質(zhì)黏土②、粉質(zhì)黏土③粉土④、粉砂⑤、圓礫⑥、礫砂⑦。該工程地質(zhì)情況如表1所示。

表1 土層設計參數(shù)

3.2 水文條件

場地地下水主要為上層滯水和孔隙承壓水，上層滯水賦存于素填土層中，主要接受大氣降水的入滲補給，向場地低洼地段蒸發(fā)、排泄。孔隙承壓水主要賦在粉砂、圓礫、礫砂等第四系松散巖類孔隙水，具承壓型，水量較豐。該層地下水與瀏陽河水具水力聯(lián)系，在豐水期主要受大氣降水及瀏陽河水補給，在枯水季節(jié)則直接被蒸發(fā)或側向徑流排泄。

4 基礎設計

該工程89#樓為超高層建筑，采用框架-核心筒結構體系，柱底內(nèi)力大，且超高層建筑對水平荷載敏感、差異沉降敏感。根據(jù)地勘報告揭示的地質(zhì)情況及報告建議，基礎擬采用樁筏基礎，因89#底板下部大部分區(qū)域已位于礫砂層，圓礫層局部缺失或?qū)雍癫灰唬瑯痘A持力層采用礫砂⑦，樁長約25 m～28 m，采用樁側、樁端后注漿工藝。

該工程地下室底板面標高為20.45 m，根據(jù)勘察報告，基坑開挖后，底板標高處的巖土層大部分區(qū)域為圓礫層或礫砂層，二者工程力學性能差異較小，厚度相對較大，且場地內(nèi)普遍分布，地基土較均勻，皆為良好的天然地基基礎持力層。

5 結構布置及設計特點

5.1 結構布置

各層平面結構布置圖如圖2～圖6所示。

圖2 2層平面結構布置圖

圖3 3層平面結構布置圖

圖4 4層平面結構布置圖

圖5 5層平面結構布置圖

圖6 標準層平面結構布置圖

5.2 設計特點

(1)超長、超寬、超高：地下室長×寬為265.5 m×236.59 m，89#樓總高度約206.2 m，為B級高度高層建筑。

(2)大開洞：四層樓面存在樓板大開洞，樓板不連續(xù)。

(3)穿層柱：由于四層樓面存在大開洞，導致南側、北側主樓框架柱存在躍層。

(4)型鋼混凝土柱：基礎頂至10層核心筒周邊框架柱采用型鋼混凝土柱，其中角柱內(nèi)部型鋼伸至28層。

(5)由于功能限制，東西兩側中部框架梁搭在核心筒連梁上。

(6)由于功能限制，主樓四角框架柱皆為超短柱。

6 結構超限情況及抗震性能目標

6.1 結構超限情況

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)的《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》[1]，89#樓存在高度超限、局部穿層柱、樓板不連續(xù)等多項不規(guī)則，為超限高層。不規(guī)則項超限判別如表2所示。

表2 結構不規(guī)則項超限判別表

6.2 抗震性能目標

根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3-2010)[2]中關于結構抗震性能化設計方法，該工程抗震性能目標定為C級，具體如表3所示。

表3 結構抗震性能列表

7 整體分析

7.1 小震反應譜計算分析

該工程采用SATWE及YJK兩種軟件進行小震彈性對比分析。采用振型分解反應譜法計算，并考慮偶然偏心及雙向地震作用，計算結果如表4所示。兩種軟件分析得出的結構響應基本一致，主要計算指標均能滿足規(guī)范要求。

表4 多遇地震下結構彈性分析結果

7.2 小震作用下的彈性時程分析

該工程采用人工波RH1TG045、RH4TG045和天然波TH010TG045、TH002TG04、TH120TG045、TH001TG045和 TH114TG045共七條，采用SATWE軟件進行彈性動力時程補充分析。每組地震波計算所得基底剪力均大于反應譜計算結果的65%，基底剪力平均值大于CQC法計算結果的80%，滿足規(guī)范[3]對彈性時程分析法輸入地震波的基底剪力要求。

彈性時程分析計算出的基底剪力、樓層剪力平均值略大于CQC法計算結果，施工圖設計時，根據(jù)時程分析計算結果將CQC法基底剪力、樓層剪力進行相應放大，包絡設計。

7.3 大震動力彈塑性時程分析

采用SAUSAGE軟件進行大震下的動力彈塑性分析，選用了兩組天然波TH049TG045、TH043TG045和一組人工波2TG050，共3組地震波進行分析，各組地震波均按地震主方向為X向、Y向分別進行加載，主方向與次方向的加速度峰值比值為1∶0.85。

所采用地震波滿足國家《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3-2010)第4.3.5條規(guī)定——多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應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。

為判斷模型的合理性，列出SATWE模型與SAUSAGE 模型周期與質(zhì)量對比，如表5所示,大震基底剪力及大震位移如表6～表7所示。

表5 SATWE模型與SAUSAGE模型周期與質(zhì)量對比

表6 彈塑性大震基底剪力和剪重比表格

表7 彈塑性大震位移表格

對動力彈塑性時程分析所得整體計算結果進行分析如下：

(1)由上述數(shù)據(jù)可以看出，各條地震波作用下計算的結果最不利X向最大層間位移角達到1/269，最不利Y向最大層間位移角達到1/166，均小于彈塑性層間的規(guī)范限值(1/100)，該工程在大震下的變形滿足要求。

(2)罕遇地震下結構底部的地震剪力約為多遇地震下的4～5倍，部分構件進入了塑性階段；性能分析表明大部分梁、柱處于輕微～輕度損壞狀態(tài)，滿足抗震性能目標要求。核心筒剪力墻、框架柱、框架梁損傷如圖7～圖9所示。

圖7 核心筒剪力墻損傷云圖

圖8 框架柱損失云圖

圖9 框架梁損傷云圖

8 關鍵構件抗震措施

(1)穿層柱：柱內(nèi)設置鋼骨，嚴格控制小震作用下的軸壓比。設計中將穿層柱的抗震等級提高一級，箍筋通高加密。

(2)短柱、超短柱：嚴格控制短柱、超短柱軸壓比，柱內(nèi)設置型鋼。對于超短柱，將柱內(nèi)型鋼向上延伸至28層，箍筋規(guī)格不小于d14，箍筋通高加密，并適當提高箍筋體積配箍率。

(3)核心筒連梁：部分框架主梁搭接在核心筒連梁上，對該處連梁進行性能化設計，按中震彈性進行設計。連梁內(nèi)設置交叉暗撐，提高其抗震性能。

9 結論

本文針對結構具體特點，設定了適宜的抗震性能目標；并采用多種軟件，針對各性能水準進行了相應計算分析。針對該工程樓面大開洞、穿層柱、超短柱等特點，在計算分析基礎上，采取針對性的抗震加強措施。分析結果表明，結構可以滿足相應的抗震性能目標。