北大时代D5地块3＃结构设计

袭金真，秦学庆（山东大卫国际建筑设计有限公司，山东　济南　250100）



北大时代D5地块3＃结构设计

袭金真，秦学庆
（山东大卫国际建筑设计有限公司，山东济南250100）

摘要：北大时代是集商业、公寓及办公等于一体的超限高层综合性大楼。该楼采用钢筋混凝土剪力墙结构，建筑高度96.92 m，应用PKPM软件对结构进行反应谱分析，根据结构自身的特点及分析结果对结构薄弱部位采取加强措施，保证小震下结构处于弹性状态，中震时重要部位不屈服，满足正常状态下的使用要求。

关键词：超限高层；钢筋混凝土剪力墙结构；加强措施

0　引 言

北大时代D5地块位于山东省济南市北湖城市副中心北大时代地块内，由办公及商业组成，是集办公、商业于一体的一类高层综合建筑，由4栋主楼和连接裙房组成，见图1。地下2层为机械立体车库；地上1～2层为独立小商铺；3层为综合商铺及附属用房；4层及以上为公寓式办公，总建筑面积为30 832 m2。

3＃主楼东西长35.90 m，南北宽50.40 m，1～3层层高均为4.50 m，4～21层层高为4.49 m，建筑高度96.92 m。

1　结构体系

该工程的特点是建筑平面为L型，平面不规则，且由于建筑功能的要求，2层开洞率大，连接薄弱，扭转不规则，楼板不连续，同时存在局部穿层柱情况。

基于以上特点，结构设计时采用框架－剪力墙结构体系，中间核心筒，周边采用一系列短小的墙肢，既保证结构计算指标合理，又满足建筑功能要求。结构1～4层为底部加强区，抗震等级为3级。典型楼层立面及主体结构平面布置见图2～4。结构主要构件尺寸及混凝土强度等级见表1。

图1 建筑平面图Fig.1 Floor plan

图2 典型楼层立面Fig.2 Typical floor elevation

图3 标准层结构平面布置图Fig.3 Standard layer structure layout

图4 2层结构平面布置图Fig.4 Two-layer structure layout

表1 结构主要构件尺寸及混凝土强度等级Tab.1 Main component size and strength grade of concrete structure

2　主要设计参数

2.1基本荷载取值

结构构件自重由程序自动计算，楼面活荷载按规范取值：办公室活荷载标准值2.0 kN／m2，楼梯、侯梯厅活荷载标准值3.5 kN／m2，储藏室、工具间活荷载荷载标准值5.0 kN／m2，走廊活荷载荷载标准值2.5 kN／m2，卫生间活荷载荷载标准值2.5 kN／m2，公共卫生间（带蹲位）活荷载标准值8.0 kN／m2，商店活荷载标准值3.5 kN／m2，上人屋面活荷载荷载标准值2.0 kN／m2，非上人屋面活荷载荷载标准值0.5 kN／m2，电梯机房7.0 kN／m2，楼梯栏杆顶部水平荷载取0.5 kN／m。

2.2风荷载及地震作用

该工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级；抗震设防烈度为6度（0.05 g），设计地震分组为第3组，场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.65 s。基本风压取50年一遇0.45 kN／m2，地面粗糙度类别为B类，体型系数取1.4。

3　风荷载干扰作用及抗震性能化设计

该工程主楼平面不规则，扭转不规则，2层楼板开洞率过大，通过分析制定了结构抗震性能目标：小震下结构处于弹性状态，控制结构构件的抗震承载力，层间位移等各项指标满足抗规要求；中震下底部加强区部位竖向构件不屈服。风荷载计算时考虑了群体干扰效应。对于结构中为数不多的连梁，计算时采用墙上开洞的方式，尽量减小连梁截面，某些抗剪超限的连梁采用对角暗撑配筋构造。

4　计算模型与计算分析

4.1反应谱法分析

该工程采用satwe进行分析计算，梁柱采用空间杆单元，剪力墙采用墙单元，楼板采用板单元进行模拟分析，采用CQC法进行小震作用下的弹性分析，考虑5%偶然偏心，分别计算X、Y两个方向的水平地震作用，所得关键参数的结果见表2、表3。

表2 前6阶自振周期Tab.2 Natural vibration periods of the first six orders

表3 关键计算参数Tab.3 Key calculation parameters

由表2、表3可知，结构的最大层间位移角、周期比、刚重比及考虑偶然偏心下的竖向构件位移比均满足抗规要求；且结构刚重比均＞2.7，可不考虑二阶效应。地震作用下结构X、Y向层间位移角见图5。

图5 地震作用下　X、Y方向层间位移角Fig.5 Inter-story displacement angle along X and Y direction under earthquake

4.2结构弹性时程分析

根据工程特点和场地条件，从SATWE软件中选用2条天然波TH3TG065、TH1TG075和1条人工模拟加速度时程曲线RH1TG065，峰值加速度取18 cm／s2，弹性时程分析计算出的基底剪力与CQC法计算出的基底剪力对比见表4。

由表4可知，每条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于CQC法的65%，且3条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%，表明弹性时程计算结果满足抗规的要求。

4.3中震不屈服分析

中震不屈服即在中震作用下结构承载力满足不屈服设计要求。计算时不考虑地震内力调整（强柱弱梁、强剪弱弯），荷载分项系数、抗震承载力调整系数取1.0，材料强度取标准值，将地震影响系数最大值调整为小震时的2.8倍，即取0.112，构件的抗震等级为4级。中震作用下SATWE软件分析的结构各楼层剪力见图6。

图6 中震作用下各楼层剪力Fig.6 Story shear force under medium earthquake

取图6中的剪力值对底部加强区内的竖向构件及2层楼板进行中震不屈服验算，结果表明，底部加强区核心筒墙体及2层板在重力荷载和中震作用下满足中震不屈服的抗震性能要求，具有适宜的承载力、延性及抗震安全储备。

4.4风荷载干扰系数计算

根据荷载规范，施扰建筑与受扰建筑在X或Y方向任一方向距离为0时，顺风向干扰系数及横风向干扰系数均＜1，故1＃与2＃之间，3＃与4＃之间干扰系数均可忽略不计。只需要计算2＃与3＃之间或者1＃与4＃之间的相互干扰系数即可。

图　7 2＃与　3＃风荷载干扰系数计算简图Fig.7 Calculation of interference factor of 2＃and 3＃wind load

取2＃与3＃形心，X向距离为64 m，Y向距离为68 m，根据主楼平面尺寸b×h＝34×50，可以计算出x＝1.88b，y＝2b；x＝1.28h，y＝1.36h；根据荷载规范，在此范围内，顺风向干扰系数与横风向干扰系数均＜1.0，故可不考虑风荷载群体干扰效应，见图7。

5　工程技术措施

为保证结构具有足够的强度和延性，充分利用结构平面布置特点，加强核心筒与周边梁板之间的联系，保证核心筒与周边梁板共同受力，对结构的重要部位采取加强措施。考虑到2层开洞面积较大，将整个2层板厚加厚为150 mm，并双层双向配筋。将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下，结构的屈服部位发生在地上楼层，同时影响到地下2层，将加强部位的范围向下延伸到地下2层，并设置约束边缘构件。底部加强区的抗震等级不变，但构造措施提高1级，同时，为提高结构构件的抗震能力和延性，设计中将所有剪力墙的轴压比控制在0.7以下，局部超过0.7时采取将剪力墙和柱箍筋加密的加强措施。

6　结 语

该工程在小震作用下，各项设计指标比较接近且均满足抗规要求。由于主体结构平面不规则，扭转不规则，且2层开洞率过大，为提高其抗震能力和延性，通过合理的平面布置，形成空间整体受力体系，并采取了一些局部加强措施，使得结构在小震及中震作用下无明显的薄弱层，满足小震不坏，中震可修的抗震设防目标。

参考文献：

［1］《建筑结构荷载规范》修订组.GB 50009－2012建筑结构荷载规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50011－2010建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 3－2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［4］中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.SATWE S－3多层及高层建筑结构空间有限元分析及设计软件用户手册［Z］.北京：中国建筑科学研究院，2010.

中图分类号：TU3

文献标识码：B

文章编号：1004－2660（2015）03－0042－06

收稿日期：2015－06－25.

作者简介：袭金真（1983－），女，山东人，工程师.主要研究方向：结构工程.

Structure Design of Plot 3＃of Peking University Age D5

XI Jin－zhen，QIN Xue－qing
（Shandong Dawei International Architecture Design Co.Ltd.，Jinan 250100，China）

Abstract：Peking University Age is a super high－rise comprehensive building with the collection of business，apartment and office.The building adopts reinforced concrete shear wall structure with building height 96.920 m. PKPM software was used in the response spectrum analysis.Measures were taken to strengthen the weak structures according to the characteristics and analysis results to make the structure in elastic state under small earthquakes and in unyielding in important parts.Consequently，the requirements on formal service can be met.

Key words：super high－rise building；reinforced concrete shear wall structure；strengthening measures