薛衛(wèi)文，袁仲琨

（廣州漢森建筑設計有限公司 廣州 510620）

1 工程概況

某項目位于廣州市番禺區(qū)，項目包含1 棟超高層辦公及公寓塔樓（1#）、2 棟超高層住宅塔樓（3#～4#）及商業(yè)裙房（2#）。項目總建筑面積為232 822 m2，地上總建筑面積171 453 m2。1#塔樓地上54層，地上總建筑面積89 200 m2，建筑高度260 m，結構高度240.15 m；2#商業(yè)裙樓地上7 層，屋面建筑高度34.7 m，結構高度32.8 m；3#～4#住宅塔樓地上43 層，建筑高度150.5 m，結構高度149.3 m。地下室共4層，總建筑面積61 369 m2，深度約19.6 m，地下1 層、地下2 層部分為商業(yè)，其余地下室均為配套地下車庫及設備用房。建筑總平面如圖1所示，建筑單體效果如圖2所示。

圖1 建筑總平面Fig.1 General Plan of the Building

圖2 建筑整體效果Fig.2 The Overall Effect of the Building

2 設計信息

本工程為超B 級高度高層建筑結構，項目設計使用年限為50 年，建筑安全等級為二級，該場地抗震設防烈度為7 度，設計基本加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，建筑的場地類別為Ⅱ類，場地反應譜特征周期Tg為0.35 s。建筑抗震設防類別按裙房以上的1#辦公公寓塔樓及3#～4#住宅塔樓按丙類，裙房及以下按乙類。

本工程場地基本風壓值為0.55 kN/m2，地面粗糙度C 類。由于1#塔樓建筑高度超過200 m，需進行風洞試驗，風洞試驗計算分析表明：由于本工程X向為主控方向，風洞PM2風荷載及計算所得的基底剪力均略大于風洞PM1 風荷載，后續(xù)施工圖設計采用風洞PM2風荷載作為設計條件。

3 結構體系及抗震等級

本工程按《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程：廣東省標準DBJ/T 15-92—2021》［1］進行設計。1#塔樓為框架-核心筒結構，2#大底盤裙房為框架剪力墻結構，3#～4#樓為框支剪力墻結構，整個裙樓不設結構縫，整體形成大底盤多塔結構，裙房與高層塔樓連為一體，7層以上分為3個單體塔樓結構（1#、3#、4#）。地下部分為4層框架剪力墻結構地下室。結構嵌固端取在地下室底板面。本工程首層～7層裙房部分抗震等級為一級，7層裙房以上抗震等級為二級。本次主要分析1#主塔樓地上部分結構設計。

1#塔樓結構為框架-核心筒結構，地上54層，其中1～7 層為商業(yè)裙房，7 層以上為辦公及公寓，塔樓屋面結構高度為240.15 m。高寬比約為6.8，核心筒高寬比約為17.1。20層及以下除了裙房商業(yè)外，其余均為辦公，辦公標準層沿四周布置15根外框柱。外框柱25層以下采用鋼管混凝土柱，25 層以上采用型鋼混凝土柱。在7層開始，因建筑造型變化，南側的4根框架柱往內收進為斜柱，斜率約29.2∶1；在27層開始，因建筑造型變化，東側的3 根框架柱也往內收進為斜柱，斜率約39∶1，為了分擔斜柱的水平分力，斜柱底部、頂部樓面梁及樓板均采取構造加強措施。南側核心筒從27 層起收進，僅保留兩個框架柱。

1#塔樓外框柱混凝土強度等級為C60～C40，典型柱截面從地下室的1 200～1 600 mm 逐步過渡至25 層的1 000～1 300 mm；26 層為過渡層，采用圓形型鋼柱，截面同25層；27層以上1 000 mm×1 000 mm～1 300 mm×1 300 mm 型鋼柱逐步過渡至屋面層的800 mm×800 mm～1 000 mm×1 000 mm 不等，39 層以上采用普通鋼筋混凝土柱。

4 結構抗震超限情況

1#塔樓結構高度為240.15 m，根據(jù)《高層建筑混凝土技術規(guī)程：JGJ 3—2010》［2］為超B 級高度建筑，另外結構存在扭轉不規(guī)則、二層局部的樓板不連續(xù)、偏心布置、有局部的穿層柱及斜柱、塔樓收進尺寸突變等不規(guī)則情況。根據(jù)《超限高層建筑建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（建質［2015］67 號）［3］的要求，本工程需申報抗震超限審查。

5 結構抗震性能目標

針對本工程的超限情況，采用設防烈度地震及基于性能水準的抗震設計方法。設定其結構抗震性能目標為C 級，性能水準及構件在各地震水準下的損壞程度如表1所示。

表1 結構抗震性能目標及震后性能狀態(tài)Tab.1 Structure Seismic Performance Objectives and Post-earthquake Performance Status

6 1#塔樓在設防地震及風荷載作用下計算分析

分別采用YJK 及ETABS 兩種三維空間結構分析程序進行計算比較，按振型分解反應譜法進行抗震計算及彈性時程補充分析計算，兩個軟件的計算結果接近，說明計算模型合理，計算結果有效。各項宏觀計算指標均滿足文獻［1］要求，可作為工程設計的依據(jù)。計算結果如表2所示。

表2 振型分解反應譜法分析結果Tab.2 Results of Modal Decomposition Reaction Spectrum Analysis

7 彈性動力時程分析

設計采用了5 組天然波和2 組人工合成波對結構進行了設防地震作用下的彈性時程分析。經(jīng)計算，按反應譜法計算的剪力及傾覆彎矩有部分樓層小于時程分析法的平均剪力及傾覆彎矩外，其余樓層時程反應平均值與反應譜結果接近，設防地震及風荷載作用下，各項設計控制指標均滿足性能水準3 的抗震性能目標。

8 1#塔樓罕遇地震作用下結構抗震性能驗算

采用等效彈性（YJK程序）計算方法所得的大震作用下的底部剪力和最大層間位移如表3所示。計算結果表明大震作用下的底部剪力約為中震的2.22（X）、2.28（Y）倍，地震作用量級合理。樓層最大層間位移X向為1/424，Y向為1/477。均滿足文獻［1］第3.9.6 節(jié)性能目標C級對應的1/65位移角限值的要求。

表3 罕遇地震與設防地震基底剪力對比YJK結果Tab.3 Comparison of Base Shear Stress between Rare Earthquake and Fortification Earthquake by YJK

9 1#塔樓在罕遇地震下的動力彈塑性分析

本工程采用SAUSAGE 軟件進行罕遇地震作用下動力彈塑性分析［4］。計算選擇了2 組天然波和1 組人工波，根據(jù)1#塔樓在罕遇地震下的單塔模型與多塔整體模型的動力彈塑性分析結果均顯示設計能滿足設定性能目標要求，罕遇地震作用的下結構最大層間位移角為1/86，滿足文獻［1］1/65 的限值要求，結構屹立不倒。大多數(shù)剪力墻與框架柱均為輕微損傷，僅在體型收進部位局部剪力墻有中度損傷。

10 專項分析

10.1 地震作用裙房樓板應力分析［5］

采用軟件YJK 進行彈性樓板應力分析，分析時采用彈性膜來模擬彈性樓板，進行了地震作用組合作用工況下的樓板應力分析，地震最大影響系數(shù)按文獻［1］取值。

樓板應力分析主要針對有較大開洞的樓層及與剪力墻相連部位的樓板，通過樓板內力分析圖可以直觀看到結構樓面系統(tǒng)中應力較大及相對薄弱的部位，為樓板采取加強措施提供圖形和數(shù)據(jù)的依據(jù)。以下將針對樓板開洞較多、樓板應力較大的各樓層進行分析，給出YJK 設防地震單工況分析結果，如圖3 所示。分析結論及加強措施：

圖3 裙樓地震工況樓板應力Fig.3 Floor Stress of Skirt Building under Earthquake Condition （N/mm2）

由圖3可以看出，樓板大部分區(qū)域正應力較小，應力較大主要集中在開洞周邊、樓層角部處的樓板，主要由于梁平面外彎矩使樓板在交接處產生局部變形、剛度突變形成應力集中等因素造成。

在中震反應譜工況組合下，6 層中庭開洞位置及核心筒角部處，樓板應力大于混凝土抗拉強度標準值2.2 MPa，樓板拉力數(shù)值在500 kN/m 左右，按不屈服計算樓板各層需附加配筋率0.35%的配筋，雙層雙向設計，其它樓板正應力均小于混凝土抗拉強度標準值2.2 MPa，樓板剪應力均小于中震下的極限剪應力2.34 MPa（0.2fc），滿足設計要求。

10.2 溫度作用裙房樓板應力分析［6］

10.2.1 廣州市番禺區(qū)氣候條件

廣州市番禺區(qū)屬于亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫23.1 ℃，1 月最冷，平均氣溫13.9 ℃；7 月最熱，平均氣溫29.2 ℃。2014 年極端最高氣溫為39.2 ℃，1963年極端最低氣溫為-2.6 ℃。

10.2.2 結構溫差計算

⑴施工階段結構溫差

由于無法準確確定結構合攏時的溫度，取年平均氣溫18 ℃作為結構合攏時的溫度T0?？紤]到主體結構在施工過程中沒有采取保溫措施，可認為一年四季主體結構暴露在室外，多年最高溫Ts.max取極端最高溫度39.2 ℃，多年最低溫度Ts.min取-2.6 ℃。則各層結構在施工階段的溫差如計算如下：

施工階段最大升溫工況：

施工階段最大降溫工況：

⑵使用階段結構溫差

在建筑物使用階段，大部分構件均處于室內且外露構件都有建筑裝飾材料保護，同時作為公共建筑，室內均有空調，因此最高溫度Tm.max取全年最熱月平均溫度29.2 ℃，最低溫度Tm.min取全年最冷月平均溫度13.9 ℃。則各層結構在使用階段的溫差計算如下：

使用階段最大升溫工況：

使用階段最大降溫工況：

△Tm2=Tm慮季節(jié)溫差和收縮效應的溫度荷載工況［7］

降溫工況比較不利，給出YJK 降溫荷載單工程分析結果如圖4 所示。由于6 層樓板受到框架柱、樓電梯筒的約束比較大，扣除局部應力集中的影響，樓板最大拉應力為2.34 MPa，中部樓板平均拉應力不大于1.4 MPa；樓板應力除局部應力集中部分均未超過混凝土（C30）抗拉強度標準值（2.0 kN/m2）。

圖4 裙樓樓板內力最大值Fig.4 Maximum Internal Force of Podium Floor Slab （kN/m2）

10.3 塔冠專項分析

由于塔冠建筑造型的需要，1#塔樓的塔冠高度約28.3 m。塔冠采用鋼筋混凝土框架-核心筒體系，每層核心筒樓面處設框架梁將核心筒剪力墻與外框柱拉結，外框柱之間也設框架梁相互拉結［8］。塔冠的示意圖及三維模型如圖5 所示。根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范：GB 50009—2012》［9］計算的塔冠等效風荷載標準值為3.0 kPa。對于塔冠，只控制塔冠最高點側向位移，風荷載及地震荷載作用下位移限值按1/500（56.6 mm）控制，計算結果顯示風荷載及地震荷載作用下位移限值分別為49.3 mm 與52.2 mm，滿足要求。塔冠單體計算構件內力大于整體計算時的構件內力，因此把整體模型中的基底剪力與塔冠單獨建模的基底剪力進行比較，確定塔冠的鞭梢效應。

圖5 塔冠示意圖及三維模型Fig.5 Sketch of Tower Crown and 3D Model

10.4 斜柱、框梁受力分析

本工程由于造型需要，1#塔樓8～47層部分框柱采用斜柱，對斜柱起始樓層（8層），與斜柱相連的框梁受拉狀況進行分析［10］。斜柱框梁KL1、KL2 需按受拉驗算，結果顯示，因斜柱引起的框梁受拉應力均小于1.0倍混凝土抗拉強度標準值。斜柱框梁按拉彎構件計算配筋較小，后續(xù)施工圖對斜柱起始樓層框梁均按拉彎構件進行設計，并加強構造措施。

11 結論

綜上所述，1#塔樓為超B級高度高層建筑，結構存在扭轉不規(guī)則、偏心布置、尺寸突變（多塔）、局部不規(guī)則（斜柱）等不規(guī)則情況?？拐鹪O計中采用性能化設計方法，采取多種計算程序進行了彈性、彈塑性的計算。計算結果表明，各種指標均表現(xiàn)良好，滿足規(guī)范的有關要求；各項不規(guī)則程度得到有效控制。同時通過概念設計及各階段的計算程序分析結果，對關鍵和重要構件作了適當加強，在構造措施方面亦相應作了處理。本工程能滿足地震和風荷載作用下的有關指標，抗震性能目標達到C 級，本工程的結構抗震設計可行并且安全。