馮東方

（廣州地鐵設(shè)計研究股份有限公司，廣州 510000）

1 引言

隨著城市化進程的不斷發(fā)展，越來越多的綜合交通樞紐一體化項目在大城市中拔地而起。本項目是集游客中心、長途客運中心、旅游大巴站、城市公交站、寫字樓、公寓等多功能為一體的大型綜合交通樞紐。本文結(jié)合項目中其中一棟超高層辦公樓，對結(jié)構(gòu)超限類型和程度進行分析和判斷，并根據(jù)結(jié)構(gòu)超限情況和相關(guān)規(guī)范要求提出相應(yīng)的抗震性能目標(biāo)。通過多種軟件計算、對比、分析和設(shè)計，使結(jié)構(gòu)主體最終達到設(shè)定的抗震性能目標(biāo)，從而為今后類似工程的抗震性能化設(shè)計提供參考價值。

2 工程概況

本項目位于廣州白云區(qū)，共4 棟塔樓，其中，本次超限的范圍為西南地塊的辦公樓，如圖1 所示，其南側(cè)為旅游大巴停車場。西南塔樓地上總建筑面積為83 856 m2，地下4 層，地上共34 層（含3 層裙樓），總建筑高度148.80 m。其中4 層層高為5.63 m，避難層層高為4.35 m，其余標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.15 m。

圖1 綜合交通樞紐一體化工程建設(shè)項目西地塊場站綜合體項目總平面

本項目民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為。抗震設(shè)防分類為乙類（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類），抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。

3 結(jié)構(gòu)體系

本項目結(jié)構(gòu)形式采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒平面以及塔樓平面均為長方形，其中核心筒平面為上下對齊、尺寸不收進，結(jié)構(gòu)高寬比為3.96，核心筒高寬比為10.78，均在規(guī)范限值以內(nèi)?？蚣苤孛鏋? 600 mm×1 600 mm～800 mm×800 mm，剪力墻截面尺寸為200～700 mm，框架梁為500 mm×800 mm～200 mm×700 mm。塔樓標(biāo)準(zhǔn)層核心筒內(nèi)板厚120 mm，核心筒外板厚為110 mm，避難層板厚120 mm，屋面層板厚130 mm。

4 整體分析

4.1 結(jié)構(gòu)超限類型和程度

根據(jù) 《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）[1]和JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《高規(guī)》）對結(jié)構(gòu)超限類別和程度進行判定，本工程高度超出A 級高度限值130 m，不超出B 級高度限值180 m，屬于超A 級高度高層建筑，且存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和樓板不連續(xù)2 項不規(guī)則項[2]。

4.2 抗震性能目標(biāo)

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠性及重要性要求判斷，本工程無關(guān)鍵構(gòu)件，耗能構(gòu)件取框架梁及連梁，豎向構(gòu)件為普通的豎向構(gòu)件[3]。

本結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)如表1 所示，各性能水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)期的震后性能狀況如表2 所示[4]。

表1 抗震性能目標(biāo)

表2 各性能水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)預(yù)期的震后性能狀況

4.3 多遇地震分析

4.3.1 振型分解反應(yīng)譜分析

采用YJK 計算軟件對結(jié)構(gòu)進行整體彈性分析，并采用MIDAS Building 2021-Structure Master 軟件對結(jié)構(gòu)的整體計算指標(biāo)對比分析，如表3 所示。

表3 整體計算指標(biāo)對比

由表3 可見，兩個軟件計算的周期、振型、風(fēng)荷載作用及地震作用下的最大層間位移角（＜1/600）、最大層間位移比基本一致，滿足規(guī)范要求。

4.3.2 彈性時程分析

本工程采用YJK 軟件進行多遇地震下主體結(jié)構(gòu)的彈性時程分析補充計算，選取2 條人工波和5 條天然波進行彈性時程分析[5]。

通過彈性時程分析得出如下結(jié)論：（1）樓層位移曲線光滑無突變，反映結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較為均勻；（2）7 條地震波計算得到的樓層最大位移角均＜1/600，滿足規(guī)范要求；（3）彈性時程分析計算的剪力平均值小于規(guī)范反應(yīng)譜結(jié)果。

頸內(nèi)動脈內(nèi)膜切除術(shù)是將患者的狹窄側(cè)的動脈粥樣硬化斑塊除去，使其管腔恢復(fù)，即狹窄率降低甚至達到正常水平，相應(yīng)腦血流量增加，進而對腦缺血的癥狀得到改善[12]。本次研究再次證明CEA對癥狀性頸動脈狹窄具有明顯的改善作用。

由此可見，在結(jié)構(gòu)彈性階段反應(yīng)譜分析結(jié)果起控制作用。但時程分析計算的局部樓層比振型分解法稍大，對這些樓層進行施工圖設(shè)計時，將振型分解法的地震作用適當(dāng)放大約1.1倍，使其能基本包絡(luò)時程分析結(jié)果。

4.4 設(shè)防地震分析

采用YJK 軟件在設(shè)防地震作用下對結(jié)構(gòu)進行抗震性能驗算。根據(jù)分析結(jié)果得出：（1）中震下豎向構(gòu)件偏拉應(yīng)力驗算，框架柱未出現(xiàn)拉應(yīng)力，均保持受壓狀態(tài)，符合性能水準(zhǔn)要求。下部樓層核心筒出現(xiàn)受拉，以角部受拉最為嚴(yán)重，大部分＜1.0ftk（ftk為抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值），但驗算均能滿足規(guī)范要求，且已實施樓層（4 層以下）考慮到核心筒角部的重要性，采用加設(shè)型鋼進行抗拉。（2）豎向構(gòu)件均滿足抗彎不屈服、抗剪彈性的性能要求。（3）耗能構(gòu)件（框架梁及連梁）均達到抗剪不屈服的性能要求。（4）為保證裙樓和塔樓樓板可靠傳遞水平力，控制樓板板厚和最小配筋率，并根據(jù)實際情況在局部應(yīng)力較大處加強樓板構(gòu)造配筋，保證樓板中震抗剪不屈服的性能要求。

4.5 罕遇地震分析

4.5.1 大震動力彈塑性時程整體性能分析

本工程采用3 組地震波對結(jié)構(gòu)進行大震彈塑性時程分析，其中包含1 組人工波和2 組天然波，結(jié)構(gòu)建模分析采用SAUSAGE 軟件，各方向模型大震最大彈塑性層間位移角及基底剪力見表4。

表4 大震彈塑性時程分析的基底剪力

結(jié)構(gòu)在3 條地震波動力時程分析下的塑性損傷分布情況基本類似。由動力彈塑性分析結(jié)果可知：

1）框架柱基本處于無損壞～ 輕度損壞，核心筒剪力墻基本處于無損壞～中度損壞，滿足性能水準(zhǔn)4 的要求。

2）梁多數(shù)出現(xiàn)輕微損壞，部分出現(xiàn)重度損壞；連梁大部分出現(xiàn)重度及嚴(yán)重?fù)p壞，損傷程度大于剪力墻，連梁的耗能能力得到充分發(fā)揮，達到強墻肢、弱連梁的性能目標(biāo)，耗能構(gòu)件滿足性能水準(zhǔn)4 的要求。

3）結(jié)構(gòu)裙房頂部、標(biāo)準(zhǔn)層、屋面層樓板基本處于無損壞～輕微損壞，滿足性能水準(zhǔn)4 的要求。

5）各組地震波作用下主體結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角最大值為1/101，結(jié)構(gòu)的層間位移角曲線光滑、沒有明顯的突變，從而說明結(jié)構(gòu)無明顯薄弱層，符合相關(guān)規(guī)范的要求。

6）在核心筒剪力墻的塑性剛度下降后，主體結(jié)構(gòu)框架仍具有足夠的承載力，沒有出現(xiàn)明顯損傷，說明框架可以起到第二道防線的作用。

綜上分析，結(jié)構(gòu)整體抗震性能良好，與預(yù)期塑性化過程吻合。

4.5.2 大震等效彈性驗算

采用YJK 進行大震等效彈性分析，依據(jù)《高規(guī)》第3.11.3條的相關(guān)公式進行豎向構(gòu)件彈性大震下的受剪截面驗算。本工程大震下的性能目標(biāo)定為性能水準(zhǔn)4，各層墻柱剪壓比在等效彈性大震作用下均滿足相關(guān)規(guī)范要求，說明在大震作用下結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的受剪截面均能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 專項分析

5.1 溫度分析

1）溫度應(yīng)力概況：裙樓頂板尺寸為37.6 m×91.1 m，塔樓標(biāo)準(zhǔn)層尺寸為38.2 m×64.0 m，分析溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響，并采取相應(yīng)措施。根據(jù)DBJ 15-101—2014《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，廣州室外最高溫度為35 ℃；室外最低溫度為8 ℃，取±25 ℃進行溫差分析。用YJK 軟件針對溫度應(yīng)力做專項分析，考慮混凝土收縮徐變對溫度作用的釋放作用，取松弛系數(shù)0.3。

2）板計算結(jié)果：降溫工況下樓板應(yīng)力分布均勻，梁柱節(jié)點處剛域有應(yīng)力集中現(xiàn)象，樓板最大拉應(yīng)力在1.5 N/mm2以內(nèi)，小于混凝土抗拉強度設(shè)計值1.57 N/mm2；樓板最大壓應(yīng)力在1.4 N/mm2以內(nèi)，受壓偏大位置位于核心筒剪力墻附近，樓板壓應(yīng)力小于混凝土受壓強度設(shè)計值16.7 N/mm2。

升溫工況作用下樓板應(yīng)力分布均勻，梁柱節(jié)點處剛域存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，樓板最大拉應(yīng)力在1.4 N/mm2以內(nèi)，小于混凝土受拉強度設(shè)計值1.57 N/mm2；標(biāo)準(zhǔn)層及屋面層樓板壓應(yīng)力不超過1.5 N/mm2，小于混凝土受壓強度設(shè)計值16.7 N/mm2。

溫度力作用下樓板應(yīng)力分布均勻，局部梁柱節(jié)點處剛域附近存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，樓板采用鋼筋混凝土截面形式，通過適量的配筋滿足板壓拉應(yīng)力的驗算要求，進而可保證板在溫度作用下的設(shè)計要求。

3）結(jié)論：根據(jù)以上分析，已施工的裙樓頂層樓板滿足溫度作用下的受力要求，標(biāo)準(zhǔn)層及屋面層樓板通過采取設(shè)置后澆帶等施工措施控制溫度裂縫，減輕溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的不利影響，同時屋面層在施工圖階段梁板配筋考慮溫度作用的影響，采用包絡(luò)設(shè)計。從而可保證在溫度作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足安全性和使用性要求。

5.2 穿層柱整體穩(wěn)定分析

由于建筑功能要求，需要局部開洞，分別在首層、4 層、11層形成局部的穿層柱。在有限元分析軟件SAUSAGE 中，在穿層柱頂端加載計算，獲得穿層柱屈曲模態(tài)，提取穿層柱屈曲臨界荷載值。將屈曲臨界荷載值代入歐拉公式，見式（1），計算得到穿層柱的有效長度：

式中，l 為穿層柱的幾何長度；EI 為穿層柱沿屈曲方向的截面彈性抗彎剛度；Ncr為穿層柱的屈曲臨界荷載[6]。

根據(jù)以上計算得到的穿層柱有效長度反算出計算長度系數(shù)，計算結(jié)果如表5 所示，均小于模型中采用的長度系數(shù)，表明在設(shè)計荷載工況下塔樓各層穿層柱均不會發(fā)生局部屈曲，原設(shè)計滿足計算需求。

表5 穿層柱屈曲驗算

6 結(jié)語

本工程高度超過A 級高度限值130 m，不超過B 級高度限值180 m，屬于超A 級高度高層建筑，并存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和樓板不連續(xù)2 項不規(guī)則項。

針對上述情況，本工程著重概念設(shè)計，采用YJK、Midas Building 及SAUSAGE 等多種程序?qū)Y(jié)構(gòu)進行小震、中震、大震及專項計算分析。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)各項指標(biāo)表現(xiàn)良好，均達到規(guī)范及設(shè)定的性能目標(biāo)要求。除滿足計算要求外，又從抗震構(gòu)造措施方面入手，加強結(jié)構(gòu)的重要部位和薄弱部位的抗震性能。因此，可以認(rèn)為本工程結(jié)構(gòu)滿足現(xiàn)行規(guī)范的性能目標(biāo)等級C 的設(shè)防要求，結(jié)構(gòu)是可行且安全的。