珠海恒隆超限高层结构抗震设计

武 芳

(深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，广东 深圳 518054)

1 工程概述

本工程位于珠海市拱北区，占地1.5万m2。地上由 A，B，C三座42层塔楼及局部4层商业组成，地下设有2层地下室，总高度143.40 m。属超高层一类建筑，耐火等级为一级。

三座塔楼均为部分框支剪力墙结构，底部4层裙房连在一起，在6层板面转换，为超B级高度工程;4层商业裙房采用框架结构，与A～C单元之间通过钢结构连接。地下2层部分区域设3个六级人防分区。

本工程利用电梯井、楼梯间设置筒体剪力墙，标准层墙厚为200 mm～400 mm。转换层以下，塔楼中心筒体及周边部分墙体落地，其余均为框支柱转换。落地剪力墙及筒体加厚，厚度200 mm～1 200 mm。框支层楼板厚度取180 mm，相邻层板厚不小于150 mm，双层双向配筋。

由于篇幅有限，本文主要介绍A座塔楼超限设计分析要点，其结构图见图1，图2。

工程设计年限50年，地震烈度7度，设计地震分组为第一组，基本加速度值为0.10g。根据《钢筋混凝土高层建筑设计规范》(以下简称《高规》)，框支框架及底部加强区剪力墙为特一级，框架及一般部位剪力墙抗震等级为一级。

基础采用冲孔灌注桩。桩端持力层选用中风化或微风化花岗岩层，桩端承载力特征值为6 500 kPa，12 000 kPa。桩径主要为1.0 m～2.2 m，桩长约13 m～39 m。桩基的安全等级为一级。

图1 A座塔楼转换层结构平面图

图2 A座塔楼标准层结构平面图

本工程场地地震安全性评价报告提供的多遇地震影响系数取值大于规范值，为安全起见，本工程多遇地震反应谱部分采用安评报告提供的数值进行计算，设防地震和罕遇地震仍按规范值计算。

2 超限类型及工程抗震性能目标

1)塔楼高度143.40 m，为超B级高度;

2)扭转不规则，楼层最大弹性层间位移与平均值的比值为1.37，大于 1.2;

3)竖向构件不连续，结构在六层设有转换层，为高位转换;

4)有效楼板宽度小于典型楼板宽度50%。

根据以上四项超限判定，对应的各类型结构构件抗震性能目标见表1。

表1 各类型结构构件抗震性能目标

3 弹性计算结果及分析

采用SATWE及ETABS两个软件进行多遇地震下的弹性计算分析。计算中考虑偶然偏心，双向地震及扭转耦联影响。两种程序计算结果基本一致，均满足规范要求，说明计算模型能较好的反映结构在风及地震作用下的弹性受力性能。表2为A座塔楼计算结果部分数据，剪重比按规范调整后为1.6%。

表2 A座塔楼弹性反应谱计算分析结果

采用SATWE软件按建筑场地类别和设计地震分组，选用两组天然地震波和一组人工模拟地震波进行结构弹性时程分析，分析结果详见表3。

表3 A座塔楼弹性时程分析结果

计算结果表明，地震波的选择满足规范要求。

4 中震设计

中震设计以基本烈度地震参数输入结构进行抗震分析，采用SATWE软件进行计算，框支柱在设防地震作用下计算配筋与多遇地震作用时基本相同，提高纵筋最小配筋率和最小体积配箍率进行配筋，在设防地震作用下，框支柱可保持弹性状态;落地剪力墙在设防地震作用下，竖向钢筋计算配筋偏大，提高剪力墙约束边缘构件配筋率进行配筋，能满足设防目标要求;个别框支梁及一般剪力墙设防地震作用下计算配筋比多遇地震作用时大，设计时应按照设防地震作用下的计算配筋进行校核，以达到设防目标;连梁及普通框架梁，设防地震作用下大部分计算配筋比多遇地震时大，部分连梁及框架梁超筋，梁端出现屈服，设计时适当加强配筋，特别是箍筋，以保证梁的屈服性质是具有延性的抗弯屈服。

5 罕遇地震下静力弹塑性分析

本工程采用结构通用计算软件Midas/Gen进行静力弹塑性分析(即Pushover)，以评估此建筑主体结构在罕遇地震作用下的抗震性能。Midas/Gen的Pushover分析是基于FEMA-273和ATC-40标准。

计算中采用非线性本构关系模型，梁单元用弯曲铰，柱单元用PMM铰，墙单元两端采用PM铰，中间采用等效剪切铰。

计算结果表明:在罕遇地震作用下，A座塔楼有部分梁塑性铰和极少数墙塑性铰产生。其中，部分梁的塑性铰发展到CP阶段(防止倒塌极限状态);极少数墙的塑性铰发展到CP阶段，X方向转换层上一层个别铰发展到E阶段(最大变形能力状态)。出铰情况表明，在罕遇地震作用下，剪力墙承担了绝大部分的地震作用，结构整体上处于塑性发展阶段的初期，结构整体上满足“大震不倒”的性能目标。

6 超限结构抗震加强措施

针对本工程超限情况，采取了以下措施:

1)施工图设计时主要构件(框支框架，落地剪力墙等)取各程序计算得到的不利结果进行设计。

2)对带转换层结构，采取措施减小转换层上、下结构侧向刚度和承载力的变化;适当增大框支梁截面，将框支梁剪压比控制在0.15以内。

3)对转换层、标准层核心筒部位、各塔楼连接层及其他薄弱部位楼板增加板厚，加强配筋。

4)适当提高框支柱的配筋率，内设芯柱;加大底部加强区剪力墙约束边缘构件纵向钢筋及竖向分布筋配筋率;在底部筒体外围剪力墙的约束边缘构件内配置钢筋芯柱，配筋率大于0.8%，同时保证其抗剪承载能力达到“强剪弱弯”的抗震结构要求。

7 结语

该工程属于超限高层建筑，对关键构件设定了三水准抗震性能目标。在设计过程中，采用多个程序对结构进行了弹性，弹塑性计算分析，除保证结构在小震及风荷载作用下处于弹性状态外，补充了关键构件在中震和大震下的验算，并对重要构件采取了加强措施，实现了预期的性能目标，满足规范要求。

[1] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 赵 明，于海博，毛英杰，等.超限高层小震设计与中震设计的对比分析[J].建筑结构，2010，40(10):45-46.

[4] DBJ/T 15-46-2005，广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)补充规定[S].