黃揚湛

（廣州市設(shè)計院集團有限公司，廣東 廣州510620）

1 工程概況

怡方都會大廈是香港巴馬丹拿設(shè)計事務(wù)所的中標方案，初步設(shè)計和施工圖由廣州市設(shè)計院完成?？偨ㄖ娣e17.6萬m2，包括2層地下室和3棟塔樓，使用功能包括辦公、地下車庫及其他配套功能。其中T1塔樓地面以上31層，主屋面高度141.25m，建筑平面近似三角形，典型平面圖如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)體系及主要參數(shù)

結(jié)合建筑外形及功能布置要求，T1塔樓采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。設(shè)計使用年限為50年，安全等級為二級，抗震類別為標準設(shè)防類，設(shè)防烈度為Ⅶ度，基本地震加速度為0.1g，水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為III類，場地特征周期為0.45s，結(jié)構(gòu)阻尼比在多遇地震下取0.05，在設(shè)防地震下取0.055，在罕遇地震下取0.07。計算嵌固端設(shè)置在地下室頂板，地面以上剪力墻及框架抗震等級均為一級。

3 結(jié)構(gòu)超限情況

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）和住建部關(guān)于《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》（建質(zhì)〔2015〕67號）有關(guān)規(guī)定，以及程序計算結(jié)果，工程結(jié)構(gòu)超限情況如下：

3.1 高度超限判別

設(shè)防烈度為Ⅶ度、鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)高度超過130m時，將判定為高度超限。T1塔樓的主屋面結(jié)構(gòu)高度為141.25m，為B級高度。

3.2 平面不規(guī)則檢查

考慮結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時，應(yīng)考慮5%偶然偏心的影響。當(dāng)最大水平位移和層間位移分別大于結(jié)構(gòu)兩端水平位移和層間位移平均值的1.2倍時，結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；如上述比值超過1.5，結(jié)構(gòu)存在嚴重扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

塔樓最大扭轉(zhuǎn)位移比計算結(jié)果YJK為1.28，ETABS為1.299，結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

經(jīng)過全面分析，結(jié)構(gòu)不存在其他方面的超限項。

工程超限判別結(jié)論為：存在1項扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的B級高度超限高層建筑。

4 抗震性能目標

針對該工程的超限情況，根據(jù)抗震設(shè)防“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三個水準目標以及結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計的相關(guān)規(guī)定，綜合考慮結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性，設(shè)定結(jié)構(gòu)抗震性能目標為C級。即要求多于地震、設(shè)防烈度地震及預(yù)估的罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)抗震性能分別對應(yīng)1、3、4性能水準，構(gòu)件抗震性能目標見表1。

表1 構(gòu)件抗震性能目標

5 結(jié)構(gòu)抗震性能計算分析

計算多遇地震時，工程主要采用YJK2.0.3進行分析，并采用ETABS2018進行驗證計算；進大震彈塑性時程分析時，采用SAUSAGE2018進行計算。由于沒有安評譜數(shù)據(jù)，該工程所需地震動均采用規(guī)范譜。

根據(jù)框架及剪力墻的布置方向，工程采用兩組方向分別建模進行計算，即[0°，90°]和[60°，150°]，如圖1所示。根據(jù)兩組模型的基底剪力、基底傾覆彎矩、層間位移角的計算結(jié)果，可以得出方向為[60°，150°]的模型更為不利，因此采用[60°，150°]方向的模型做進一步分析，模型3D效果圖如圖2所示。

圖1 計算方向示意

圖2 計算模型3D效果

5.1 模態(tài)分析

工程前三周期及振型如表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)主要周期

5.2 多遇地震下結(jié)構(gòu)性能分析

5.2.1 彈性反應(yīng)譜分析

YJK及ETABS模型計算的首層底部剪力與傾覆彎矩的對比情況如表3所示。兩個模型計算結(jié)果差異不大，多遇地震作用下樓層剪力及傾覆彎矩沿高度變化的曲線符合力學(xué)規(guī)律。

表3 首層基底剪力與傾覆彎矩

在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)層間位移角沿高度的分布如圖3所示。YJK計算的60°向和150°向的最大層間位移角分別為1/968和1/846，ETABS計算的60°向和150°向的最大層間位移角分別為1/1034和1/911，均滿足1/800的規(guī)范限值要求。

圖3 層間位移角

在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平力作用下，YJK計算的樓層豎向構(gòu)件最大位移與平均位移的比值最大值為60°=1.14（1層）、150°=1.28（1層）；樓層豎向構(gòu)件最大層間位移與平均層間位移的比值最大值為60°=1.14（1層）、150°=1.28（1層）。ETABS計算的樓層豎向構(gòu)件最大位移與平均位移的比值最大值為60°=1.160（1層）、150°=1.285（1層）；樓層豎向構(gòu)件最大層間位移與平均層間位移的比值最大值為60°=1.160（5層）、150°=1.258（1層）。位移比均小于1.4。

本工程60°向和150°向的剛重比YJK計算結(jié)果為2.619和2.120，ETABS計算結(jié)果為2.513和1.963，滿足規(guī)范整體穩(wěn)定要求，但應(yīng)考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

根據(jù)表2結(jié)構(gòu)第一、第二平動周期和《高規(guī)》4.2.12條，通過插值計算，可得60°向和150°向剪重比的規(guī)范限值為：YJK計算結(jié)果對應(yīng)0.0130和0.0142，ETABS計算結(jié)果對應(yīng)0.0133和0.0147。兩種軟件的計算結(jié)果表明均需對各樓層的剪力進行調(diào)整。

由圖4可以看出，樓層受剪承載力與上部樓層的比值均大于0.75，滿足《高規(guī)》3.5.3條的要求。由圖5可以看出，樓層側(cè)向剛度比滿足《高規(guī)》3.5.2條的要求。由圖6可以看出，在規(guī)定水平力作用下YJK計算的底層框架柱承擔(dān)的傾覆力矩大于10%小于50%；ETABS計算的底層框架柱承擔(dān)的傾覆力矩在60°向為37.69%，150°向為38.53%。由圖7可以看出，各樓層框架柱承擔(dān)的地震剪力均大于10%，滿足《高規(guī)》9.1.11條的要求。對不滿足《高規(guī)》9.1.11.3條規(guī)定的樓層需進行框柱剪力調(diào)整，如圖8所示，以保證作為第二道防線的框架具有一定的抗側(cè)力能力。

圖4 受剪承載力比值

圖5 樓層側(cè)向剛度比

圖6 框柱傾覆力矩百分比

圖7 框柱地震剪力比

圖8 框柱剪力調(diào)整系數(shù)

根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)模型合理，剛度適宜，結(jié)構(gòu)體系合理。

5.2.2 彈性時程分析

選取兩條人工波和五條天然波對塔樓進行時程分析，并將得到的基底剪力和基底傾覆力矩與反應(yīng)譜法比較。從計算結(jié)果可知，七條地震波計算的基地剪力與反應(yīng)譜法的比值在60°向分別為1.04、0.92、0.83、0.84、0.93、0.98、0.94，在150°向分別為1.01、0.86、0.99、0.93、0.85、0.95、1.12，每條波所得的樓層底部剪力大于反應(yīng)譜法的0.65且小于1.35，七條波所得的樓層剪力平均值為反應(yīng)譜法的0.93和0.96，滿足《高規(guī)》4.3.5條的要求。

通過對比各樓層剪力的計算結(jié)果可知，各條波時程平均反應(yīng)25層以下均小于反應(yīng)譜結(jié)果，25層以上比振型分解法略大。對這些樓層，將振型分解法的地震力適當(dāng)放大，使其能包絡(luò)時程法的平均值。

5.3 設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)性能分析

根據(jù)表1的抗震性能目標，剪力墻及框架柱需滿足中震作用下抗剪彈性。針對結(jié)構(gòu)受力特點和截面變化位置，選取有代表性樓層的。計算結(jié)果表明，大部分剪力墻水平筋、柱抗剪箍筋由小震控制，所有構(gòu)件抗剪均未出現(xiàn)超筋，中震作用下豎向構(gòu)件的抗剪承載力滿足中震彈性的性能目標。

根據(jù)表1的抗震性能目標，剪力墻及框架柱需滿足中震作用下抗彎不屈服，框架梁及連梁需滿足中震作用下抗剪不屈服，抗彎可部分屈服。計算結(jié)果表明，大部分柱豎向鋼筋為構(gòu)造配筋，部分剪力墻豎向鋼筋由中震控制。大部分框架梁、連梁抗剪箍筋由小震控制，個別由中震控制。在中震作用下，所有豎向構(gòu)件抗彎和水平構(gòu)件抗剪均未出現(xiàn)超筋，所有框架梁和連梁均未出現(xiàn)抗彎屈服。中震作用下，豎向構(gòu)件的抗彎承載力滿足中震抗彎不屈服的性能目標，水平構(gòu)件的抗彎和抗剪承載力滿足中震抗剪不屈服、抗彎可部分屈服的性能目標。

5.4 罕遇地震下結(jié)構(gòu)性能分析

5.4.1 等效彈性法

采用等效彈性法對結(jié)構(gòu)進行大震不屈服及抗剪截面驗算，驗算時不考慮偶然偏心、構(gòu)件地震力調(diào)整、荷載分項系數(shù)、抗震調(diào)整系數(shù)，不考慮風(fēng)荷載組合，阻尼比取0.07，材料強度采用標準值。

計算結(jié)果表明，在大震作用下，60°向和150°向的基底剪力分別為75400kN和75384kN，分別為小震基底剪力的4.95倍和5.08倍，明顯小于水平地震影響系數(shù)之比6.25，表明結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下塑性發(fā)展，結(jié)構(gòu)剛度下降，地震輸入能量部分進入塑性階段的構(gòu)件耗散。在大震作用下，60°向和150°向的層間位移角分別為1/133和1/123，滿足《高規(guī)》3.7.5框架-核心筒結(jié)構(gòu)不小于1/100的層間彈塑性位移角限值的要求。底部加強區(qū)剪力墻水平筋按小震與大震等效彈性包絡(luò)設(shè)計，可達到剪力墻抗剪大震不屈服的性能目標。通過分析剪力墻和框柱剪壓比計算結(jié)果，可知在大震作用下，豎向構(gòu)件抗剪承載力滿足《高規(guī)》3.11.3-4的要求。

5.4.2 彈塑性時程分析

結(jié)構(gòu)總體性能目標為：在彈塑性時程分析最終狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)不倒塌，結(jié)構(gòu)最大層間位移角小于規(guī)范限值1/100。為評價結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能，工程采用SAUSAGE軟件進行彈塑性時程分析，選擇一組人工波和兩組天然波，地震波峰值加速度取220.0cm/s2，按主方向∶次方向=1：0.85雙向輸入。

計算結(jié)果表明，三條波主方向基底剪力在60°向和150°向分別 為50227kN、73167kN、48513kN和63169kN、79908kN、58835kN，與多遇地震基底剪力比值在3.2～5.5倍，基本在合理范圍之內(nèi)。三條波主方向最大層間位移角包絡(luò)值在60°向和150°向分別為1/167和1/120，滿足規(guī)范1/100的限值要求，結(jié)構(gòu)達到預(yù)設(shè)的性能目標。

6 抗震加強措施

針對本項目的超限情況，主要采取了以下措施：①采用ETABS2018及YJK（V2.0.3版）兩個不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件對結(jié)構(gòu)進行整體分析；②合理確定結(jié)構(gòu)布置，控制不規(guī)則項，本項目僅扭轉(zhuǎn)不規(guī)則且扭轉(zhuǎn)位移比小于1.3，從抗震概念上保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能；③采用彈性時程分析進行補充驗算，更準確地評估地震作用，確保結(jié)構(gòu)的響應(yīng)可以滿足設(shè)計要求；④根據(jù)性能目標對結(jié)構(gòu)進行中震及大震作用下的驗算，分析其抗震性能，并采取相應(yīng)加強措施；⑤采用SAUSAGE軟件進行罕遇地震作用下的動力彈塑性分析，確保結(jié)構(gòu)能滿足大震下的抗震性能目標。

7 結(jié)論

通過概念及性能化設(shè)計，進行小震、中震及大震作用下計算分析，對關(guān)鍵構(gòu)件進行適當(dāng)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)抗震可行且是安全的。