賀 輝

富利建設(shè)集團(tuán)有限公司（361000）

1 工程概況

聚群廣場(chǎng)位于廈門市思明區(qū)觀音山片區(qū)，臺(tái)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(wàn)m2。該項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)樓層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樓層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)平面圖

對(duì)于該項(xiàng)目，建筑物抗震設(shè)防等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防等級(jí)（C類），標(biāo)稱使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)。該地區(qū)設(shè)計(jì)抗震組為二組，抗震設(shè)防烈度為7度，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)地震加速度為0.15g，特征周期Tg=0.45s（安全評(píng)估報(bào)告），50年一遇基本風(fēng)壓取為0.8kN/m2（承載力計(jì)算時(shí)風(fēng)荷載效放大1.1倍）。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院工程勘察院提供的《聚群廣場(chǎng)·巖土工程勘察報(bào)告》，擬建場(chǎng)地及其附近無(wú)活動(dòng)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(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)災(zāi)害或不利埋藏物。經(jīng)對(duì)場(chǎng)地表部松軟填土場(chǎng)平后形成的臨時(shí)邊坡、局部孤石、不均勻風(fēng)化殘留體或夾層采取相應(yīng)的處理措施與辦法后，場(chǎng)地和地基得以穩(wěn)固，更適合擬建建筑的施工。此工程項(xiàng)目場(chǎng)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(fēng)化花崗巖、⑤砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑥碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑦中風(fēng)化巖。

工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)質(zhì)量為甲級(jí)，主體建筑基礎(chǔ)采用人工挖樁，樁身直徑1000～2000mm，樁身的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，擴(kuò)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(qiáng)烈風(fēng)化。樁端進(jìn)入持力層≥1000mm，樁長(zhǎng)≤15m。樁基布置在剪力墻下，以保證承臺(tái)不出現(xiàn)樁的剪切和沖切，減小承臺(tái)的厚度和土方的開挖量，節(jié)省造價(jià)。

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 超限情況

根據(jù)建設(shè)部建制（2006220號(hào)《高層建筑超限抗震設(shè)防專項(xiàng)檢查要點(diǎn)》），將超限條件歸納為以下幾點(diǎn):①設(shè)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(jí)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(xiàng)目為超高層建筑，多項(xiàng)不規(guī)則并且為超B級(jí)高度，而抗震超限審查時(shí)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行[1]。

3.2 抗震性能設(shè)計(jì)

對(duì)于這個(gè)工程項(xiàng)目來(lái)說，結(jié)構(gòu)方面屬于多項(xiàng)不規(guī)則的超B級(jí)高度的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)合抗震設(shè)防專項(xiàng)審查意見，并根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.11.1條抗震性能目標(biāo)四等級(jí)和第3.11.2條抗震性能五水準(zhǔn)規(guī)定，按C級(jí)性能目標(biāo)進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)，其性能水準(zhǔn)分別為1、3、4，控制目標(biāo)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(jì)算分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 小震及風(fēng)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(shù)規(guī)程》第4.3.4條、4.3.5條、5.1.12條，設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用SATWE（中國(guó)建筑科學(xué)研究院），計(jì)算校核時(shí)用MIDAS軟件進(jìn)行補(bǔ)充[3]。

經(jīng)計(jì)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(qiáng)度等級(jí)為C30～C60，梁板混凝土等級(jí)為C30～C40?？紤]到本建筑三個(gè)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(jì)算，進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)三個(gè)主樓單體間的連接薄弱處板厚加大到150mm，并進(jìn)行應(yīng)力分析，確保結(jié)構(gòu)安全。為了保證每個(gè)單塔和中間連接體薄弱部位受力滿足要求，每個(gè)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(qiáng)連梁連接，樓電梯間剪力墻形成核心筒，保證每個(gè)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(shù)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(shù)規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果為:順風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度，X向?yàn)?.022m/s2，Y向?yàn)?.079m/s2。橫風(fēng)向頂點(diǎn)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(fēng)荷載作用下，用SATWE和MIDAS分析，主要結(jié)構(gòu)對(duì)比見表2～表4。結(jié)果表明，兩者計(jì)算的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)總重量、動(dòng)力特性、周期及基底剪力基本一致，分析結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。設(shè)計(jì)中以SATWE計(jì)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(duì)比

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

3.3.2 多遇地震彈性時(shí)程分析

為了在頻繁地震的影響下進(jìn)行額外的計(jì)算，使用了及時(shí)分析彈性動(dòng)力學(xué)的方法。根據(jù)場(chǎng)地性質(zhì)，選取了5個(gè)天然地震波和2個(gè)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(jì)上是一致的。建立結(jié)構(gòu)彈性模型，將多條強(qiáng)震記錄地震波輸入模型計(jì)算，挑選出頻譜特性與規(guī)范反應(yīng)譜最吻合且滿足《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4.3.5條要求的7條地震波，即每條時(shí)間曲線計(jì)算的結(jié)構(gòu)底部剪力＞模態(tài)響應(yīng)譜法結(jié)果的65%。由多條時(shí)間曲線計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值超過模態(tài)分解響應(yīng)譜法結(jié)果的80%。最后，運(yùn)用時(shí)程分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)。各地震波與反應(yīng)譜法對(duì)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(shè)計(jì)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部開發(fā)的PKPM系列軟件SATWE進(jìn)行計(jì)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(shè)計(jì)。對(duì)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(qiáng)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(duì)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(shè)計(jì)的中震彈性。中震彈性基本有5個(gè)要點(diǎn)：以地震影響系數(shù)的最大值為中震值（規(guī)范）；取消強(qiáng)柱弱梁、高剪低彎調(diào)整；荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0；材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(guān)的“中震不屈服”性能要求進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)計(jì)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(wú)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(shè)計(jì)性能要求。

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

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

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(huì)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(yīng)增加。該過程的建模可以使用近似靜態(tài)彈塑性分析（pushover）來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過這種分析，可以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在頻繁地震時(shí)的彈性結(jié)構(gòu)假設(shè)，并大致確定結(jié)構(gòu)在罕見地震時(shí)的破壞過程，并找到薄弱環(huán)節(jié)，以便設(shè)計(jì)能夠針對(duì)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(shè)計(jì)。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(diǎn)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(diǎn)。Pushover計(jì)算得到力位移關(guān)系和罕見地震反應(yīng)譜分別轉(zhuǎn)換為功率譜和需求譜，繪制在坐標(biāo)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(chǔ)剪力為122700kN，頂點(diǎn)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(diǎn)偏移量為364.5mm。

圖4 X方向罕遇地震性能點(diǎn)

圖5 Y方向罕遇地震性能點(diǎn)

3.3.4.2 罕遇地震作用下層間位移角驗(yàn)算

經(jīng)過計(jì)算分析，罕遇地震下的層間位移X向?yàn)?/240，Y向?yàn)?/344。

3.3.4.3 抗震性能總體評(píng)價(jià)

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(diǎn)的存在，表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tái)和足夠的抗震能力。

3.3.5 相應(yīng)抗震措施

對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)豎向構(gòu)件采用SATWE進(jìn)行設(shè)防烈度地震作用下整體結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)于底部加強(qiáng)部位以上軸壓比大于0.3的剪力墻墻肢應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，但不超過房屋總高度的1/3。同時(shí)，提高關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)可靠度，如在中震作用下關(guān)鍵剪力墻受拉墻體約束邊緣構(gòu)件內(nèi)設(shè)置型鋼，提高結(jié)構(gòu)延性，實(shí)現(xiàn)中震可修的設(shè)防目標(biāo)[5]。

針對(duì)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(duì)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(yīng)的不利影響，滿足周期比要求，并嚴(yán)格控制最大扭轉(zhuǎn)位移比小于1.2，加強(qiáng)剪力墻延性，控制剪力墻的最大軸壓比。

針對(duì)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(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。對(duì)三個(gè)主樓單體間的連接薄弱處進(jìn)行應(yīng)力分析，小震時(shí)按應(yīng)力不大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值控制，中震時(shí)控制配筋。對(duì)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(gè)方向配筋率不小于0.25%配筋，增強(qiáng)樓板的抗剪能力。

針對(duì)薄弱層問題，對(duì)其上一層采取減小剪力墻截面、降低混凝土等級(jí)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(duì)薄弱層進(jìn)行彈塑性變形分析，以保證薄弱層的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目是一不規(guī)則形狀的超B級(jí)超高層建筑。通過合理的結(jié)構(gòu)規(guī)劃、詳細(xì)的計(jì)算和分析，對(duì)薄弱部位采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧⑦M(jìn)行分析論證，確保主體結(jié)構(gòu)具有所需的抗震性能。