賀 輝

富利建設集團有限公司（361000）

1 工程概況

聚群廣場位于廈門市思明區(qū)觀音山片區(qū)，臺南路北側(cè)，半屏山路西側(cè)，其中2#樓為超高層辦公樓，地下3層，地上35層，大屋面高度165.45m，建筑面積5.5萬m2。該項目結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系。標準樓層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 標準樓層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)平面圖

對于該項目，建筑物抗震設防等級為標準設防等級（C類），標稱使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為Ⅱ級。該地區(qū)設計抗震組為二組，抗震設防烈度為7度，場地類別為Ⅱ類，基礎設計地震加速度為0.15g，特征周期Tg=0.45s（安全評估報告），50年一遇基本風壓取為0.8kN/m2（承載力計算時風荷載效放大1.1倍）。

2 基礎設計

根據(jù)中國地質(zhì)科學院工程勘察院提供的《聚群廣場·巖土工程勘察報告》，擬建場地及其附近無活動性斷裂、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、軟土震陷、砂土液化、古河道、地下洞穴、防空洞、臨空面等影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)災害或不利埋藏物。經(jīng)對場地表部松軟填土場平后形成的臨時邊坡、局部孤石、不均勻風化殘留體或夾層采取相應的處理措施與辦法后，場地和地基得以穩(wěn)固，更適合擬建建筑的施工。此工程項目場地土層分布自上而下:①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③殘積砂質(zhì)黏性土、④全風化花崗巖、⑤砂礫狀強風化花崗巖、⑥碎塊狀強風化花崗巖、⑦中風化巖。

工程基礎設計質(zhì)量為甲級，主體建筑基礎采用人工挖樁，樁身直徑1000～2000mm，樁身的混凝土強度等級為C35，擴大頭的直徑為2200～4100 mm，單樁特征豎向承載力值為8100～22950kN。樁端承載層為碎裂花崗巖，強烈風化。樁端進入持力層≥1000mm，樁長≤15m。樁基布置在剪力墻下，以保證承臺不出現(xiàn)樁的剪切和沖切，減小承臺的厚度和土方的開挖量，節(jié)省造價。

3 上部結(jié)構(gòu)設計

3.1 超限情況

根據(jù)建設部建制（2006220號《高層建筑超限抗震設防專項檢查要點》），將超限條件歸納為以下幾點:①設防烈度為7度，剪力墻結(jié)構(gòu)，總高度165.45 m＞120m，高度超限，且為超B級高度；②凹凸不規(guī)則:l/B=9.0/23.2=0.39＞0.30；③樓板不連續(xù)，5.5/9.1=0.60＞0.50；④剛度突變，第2、12、24層剛度均＜上層剛度的70%。

綜上所述，該建筑工程項目為超高層建筑，多項不規(guī)則并且為超B級高度，而抗震超限審查時應按有關規(guī)定進行[1]。

3.2 抗震性能設計

對于這個工程項目來說，結(jié)構(gòu)方面屬于多項不規(guī)則的超B級高度的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)合抗震設防專項審查意見，并根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》第3.11.1條抗震性能目標四等級和第3.11.2條抗震性能五水準規(guī)定，按C級性能目標進行抗震性能設計，其性能水準分別為1、3、4，控制目標見表1[2]。

表1 震后結(jié)構(gòu)性能狀況

3.3 上部結(jié)構(gòu)計算分析及結(jié)構(gòu)設計

3.3.1 小震及風作用下結(jié)構(gòu)性能分析

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》第4.3.4條、4.3.5條、5.1.12條，設計時運用SATWE（中國建筑科學研究院），計算校核時用MIDAS軟件進行補充[3]。

經(jīng)計算分析，本建筑剪力墻厚度取為200～550 mm，豎向構(gòu)件混凝土強度等級為C30～C60，梁板混凝土等級為C30～C40?？紤]到本建筑三個主樓單體間的連接處較為薄弱，工程將采用整體模型和單體模型分別計算，進行包絡設計。同時對三個主樓單體間的連接薄弱處板厚加大到150mm，并進行應力分析，確保結(jié)構(gòu)安全。為了保證每個單塔和中間連接體薄弱部位受力滿足要求，每個單塔周邊和樓電梯間周邊布置剪力墻，單塔剪力墻之間用強連梁連接，樓電梯間剪力墻形成核心筒，保證每個單塔的剛度和連接體薄弱部分的受力。

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》第3.7.3條第3款規(guī)定，層間最大位移與層高之比限值取1/880。本建筑舒適度按《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》規(guī)定進行計算，結(jié)果為:順風向頂點最大加速度，X向為0.022m/s2，Y向為0.079m/s2。橫風向頂點最大加速度:X向0.084m/s2，Y向0.041m/s2。滿足規(guī)范要求（加速度≤0.25m/s2）[4]。

建筑結(jié)構(gòu)在多遇地震及風荷載作用下，用SATWE和MIDAS分析，主要結(jié)構(gòu)對比見表2～表4。結(jié)果表明，兩者計算的各項指標均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)總重量、動力特性、周期及基底剪力基本一致，分析結(jié)果準確、可靠。設計中以SATWE計算結(jié)果作為主要依據(jù)，MIDAS作為校核。

表2 小震作用下整體結(jié)構(gòu)分析主要結(jié)果對比

表4 單塔（中）結(jié)構(gòu)分析主要結(jié)果對比（小震作用）

3.3.2 多遇地震彈性時程分析

為了在頻繁地震的影響下進行額外的計算，使用了及時分析彈性動力學的方法。根據(jù)場地性質(zhì)，選取了5個天然地震波和2個人工波，地震波的平均地震因子曲線與譜模態(tài)分解所用的地震因子曲線在統(tǒng)計上是一致的。建立結(jié)構(gòu)彈性模型，將多條強震記錄地震波輸入模型計算，挑選出頻譜特性與規(guī)范反應譜最吻合且滿足《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》第4.3.5條要求的7條地震波，即每條時間曲線計算的結(jié)構(gòu)底部剪力＞模態(tài)響應譜法結(jié)果的65%。由多條時間曲線計算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值超過模態(tài)分解響應譜法結(jié)果的80%。最后，運用時程分析法進行設計。各地震波與反應譜法對比分析詳如圖2、圖3所示。

圖2 X向樓層剪力

圖3 Y向樓層剪力

3.3.3 中震作用下結(jié)構(gòu)性能分析

中震作用下的結(jié)構(gòu)抗震設計采用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部開發(fā)的PKPM系列軟件SATWE進行計算。

3.3.3.1 中震彈性分析

選中程序，按中震彈性作結(jié)構(gòu)設計。對于中震彈性，主要有兩條:地震影響系數(shù)的最大值按中震（規(guī)范）?。蝗∠麅?nèi)力組合調(diào)整（取消強柱弱梁，高剪弱彎調(diào)整）。其余主要分析參數(shù)見表11.3。

表3 單塔（左或右）結(jié)構(gòu)分析主要結(jié)果對比（小震作用）

3.3.3.2 中震不屈服分析

選中程序，根據(jù)結(jié)構(gòu)設計的中震彈性。中震彈性基本有5個要點：以地震影響系數(shù)的最大值為中震值（規(guī)范）；取消強柱弱梁、高剪低彎調(diào)整；荷載分項系數(shù)取1.0；材料強度標準值；抗震承載力調(diào)整系數(shù)為1.0。分析的其他主要參數(shù)見表5。

表5 結(jié)構(gòu)分析參數(shù)

3.3.3.3 中震作用下結(jié)構(gòu)整體性能分析

中震作用下，結(jié)構(gòu)整體性能分析見表6。

表6 中震作用下結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

3.3.3.4 中震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能分析

各構(gòu)件內(nèi)力需求及配筋分析如下:

下部加固區(qū)域的有限剪力墻邊緣構(gòu)件根據(jù)與抗彎能力相關的“中震不屈服”性能要求進行測試。經(jīng)計算，加固區(qū)內(nèi)大部分橫墻及連接梁的內(nèi)力分布合理，基本無超筋現(xiàn)象，墻體最大軸壓比為0.35，延性指數(shù)很好，滿足設計性能要求。

底部加強區(qū)剪力墻抗剪承載力按“中震彈性”性能要求驗算,截面抗剪驗算滿足:Vw＜0.15fcbwhwo，經(jīng)計算，工程滿足要求。

因中震作用下剪力墻出現(xiàn)拉應力，在建筑周邊框架柱內(nèi)布置型鋼以承擔拉應力。

綜上所述，結(jié)構(gòu)整體及構(gòu)件性能基本滿足中震作用下的性能目標。

3.3.4 大震作用下結(jié)構(gòu)性能分析

在罕遇地震中，結(jié)構(gòu)的某些部分會失效。結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)由彈性變?yōu)閺椝苄?。隨著塑性的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的剛度不斷降低，阻尼系數(shù)相應增加。該過程的建?？梢允褂媒旗o態(tài)彈塑性分析（pushover）來實現(xiàn)。通過這種分析，可以檢驗結(jié)構(gòu)在頻繁地震時的彈性結(jié)構(gòu)假設，并大致確定結(jié)構(gòu)在罕見地震時的破壞過程，并找到薄弱環(huán)節(jié)，以便設計能夠針對薄弱環(huán)節(jié)加固，確保整體結(jié)構(gòu)能夠支持基于性能的抗震設計。這種靜態(tài)彈塑性分析由MIDAS執(zhí)行。

3.3.4.1 罕遇地震作用下性能點確定

通過分析模型在X、Y方向的推覆分析，尋找結(jié)構(gòu)在7度（0.15g）罕遇地震影響下的大震性能點。Pushover計算得到力位移關系和罕見地震反應譜分別轉(zhuǎn)換為功率譜和需求譜，繪制在坐標系中，如圖4和圖5所示。X方向的結(jié)構(gòu)模型罕遇地震下基礎剪力為122700kN，頂點偏移量為309.9mm；Y向結(jié)構(gòu)模型罕遇地震下地基剪力為143900kN，頂點偏移量為364.5mm。

圖4 X方向罕遇地震性能點

圖5 Y方向罕遇地震性能點

3.3.4.2 罕遇地震作用下層間位移角驗算

經(jīng)過計算分析，罕遇地震下的層間位移X向為1/240，Y向為1/344。

3.3.4.3 抗震性能總體評價

通過以上靜力彈塑性分析，可以得到如下主要結(jié)論:

在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)性能點的存在，表明結(jié)構(gòu)設計的合理性。

在罕遇地震作用下，層間位移角未超過抗震規(guī)范要求的1/120極限，說明了該結(jié)構(gòu)具有明顯的屈服平臺和足夠的抗震能力。

3.3.5 相應抗震措施

對底部加強區(qū)豎向構(gòu)件采用SATWE進行設防烈度地震作用下整體結(jié)構(gòu)性能設計計算。對于底部加強部位以上軸壓比大于0.3的剪力墻墻肢應設置約束邊緣構(gòu)件，但不超過房屋總高度的1/3。同時，提高關鍵部位的設計可靠度，如在中震作用下關鍵剪力墻受拉墻體約束邊緣構(gòu)件內(nèi)設置型鋼，提高結(jié)構(gòu)延性，實現(xiàn)中震可修的設防目標[5]。

針對扭轉(zhuǎn)不規(guī)則問題，本建筑平面基本規(guī)則、均勻、結(jié)構(gòu)布置左右對稱，通過調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的布置，盡量降低質(zhì)心與剛心間偏心及扭轉(zhuǎn)效應的不利影響，滿足周期比要求，并嚴格控制最大扭轉(zhuǎn)位移比小于1.2，加強剪力墻延性，控制剪力墻的最大軸壓比。

針對凸凹不規(guī)則和樓板不連續(xù)問題，本建筑采用整體模型和單體模型分別計算，包絡設計。對三個主樓單體間的連接薄弱處進行應力分析，小震時按應力不大于混凝土抗拉強度標準值控制，中震時控制配筋。對局部較弱連接板塊采取加大樓板厚度、雙層雙向配筋，且按每層每個方向配筋率不小于0.25%配筋，增強樓板的抗剪能力。

針對薄弱層問題，對其上一層采取減小剪力墻截面、降低混凝土等級等措施降低側(cè)向剛度差。將薄弱層的地震剪力放大到1.25倍，對薄弱層進行彈塑性變形分析，以保證薄弱層的安全性。

4 結(jié)語

該項目是一不規(guī)則形狀的超B級超高層建筑。通過合理的結(jié)構(gòu)規(guī)劃、詳細的計算和分析，對薄弱部位采取適當?shù)募庸檀胧?，并進行分析論證，確保主體結(jié)構(gòu)具有所需的抗震性能。