泉州和昌贸易中心超高层办公楼抗震设计

许志龙

（福建省闽武建筑设计院有限公司泉州分公司　福建　泉州）

泉州和昌贸易中心超高层办公楼抗震设计

许志龙

（福建省闽武建筑设计院有限公司泉州分公司福建泉州）

本文主要内容为和昌贸易中心超高层办公楼的结构设计思路，文中进行该工程的结构分析，针对超限情况采取加强措施，多个手段计算分析，可为类似工程提供参考。

超高层办公楼；框架核心筒结构；弹性时程分析；中震设计分析；静力弹塑性分析

1　工程概况

泉州和昌贸易中心位于泉州市丰泽街与田安路交叉口东南角。工程地上建筑面积约13.08万m2，地下室建筑面积6.3万m2。由一幢32层超高层办公楼（总高度140.05m），一幢28层高层公寓楼（总高度99.45m），两幢19层高层办公楼（总高度99.05m）和5层裙房商业楼（高度23.95m），4层连体地下室组成。首层以上各塔楼及商业裙房之间采用防震缝分开，形成各自独立的抗震单元。本文主要介绍32层超高层办公楼超限抗震设计的主要内容。

2　地质条件及地震作用

根据勘察单位提供的地质勘察报告，本场地内分布有淤泥软弱土和可液化的粗（中）砂层。场地土类型属中软土，建筑场地类别为Ⅱ类。据地质报告描述，拟建场地内基岩不存在控制滑动的软弱夹层、临空面等，场地现状不存在泥石流、滑坡、崩塌、采空区、岩溶及洞穴等不良地质作用，本场地适宜作为拟建项目的建设用地，但属于对抗震不利地段，根据场地安评报告，该场地适宜建设拟建物。

根据《建筑抗震设计规范》及场地安评报告，本工程地震作用如下：抗震设防烈度：Ⅶ度；设计基本地震加速度：0.15g；设计地震分组：第三组；建筑场地类别：Ⅱ类；场地特征周期：0.45s；水平地震影响系数最大值αmax：多遇地震0.127（安评），中震0.34，大震0.72。

3　结构选型与布置

超高层办公楼采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，楼盖为现浇钢筋混凝土梁板体系。地上部分32层，室外地面至大屋面高度为140.05m，为B级高度超限高层。标准层层高3.9m，避难层在第6、17、26层，建筑平面长度为62.6m，宽度为31.70m，建筑高宽比为4.4。效果图如图1（椭圆形办公楼）。

主楼平面中部设置钢筋混凝土核心筒筒体，四周采用钢筋混凝土柱，平面布置成椭圆形，竖向刚度均匀无突变，重力荷载下结构质心和刚心基本重合。为确保重力荷载的有效传递和重力荷载下结构的安全性，结构上采取以下措施：

（1）钢筋混凝土核心筒体和外周混凝土柱从基础顶面至楼顶上下贯通；

（2）建筑重量主要由钢筋混凝土核心筒以及外周的混凝土柱承担，结构无刚度突变和结构转换；

（3）核心筒体和外周混凝土柱之间采用现浇钢筋混凝土梁连接。

图1　和昌贸易中心效果图

4　结构分析与计算

4.1计算原则及计算内容

结构抗震设计采用性能化设计，结构抗震性能目标设在D级，即为小震下满足性能水准1的要求，中震满足性能水准4的要求，大震下满足性能水准5的要求。

基本计算内容：

（1）多遇地震设计方针：采用静力弹性分析，采用SATWE及PMSAP进行对比计算，保证整体结构的各项指标满足规范要求，确定构件尺寸，保证结构的变形满足国家现行规范的要求；并采用弹性时程分析作为补充计算，与CQC法分析结构作比较，确保CQC法分析的可靠性；

（2）中震设计方针：对竖向抗侧力构件的抗弯承载力按中震不屈服验算；对竖向抗侧力构件的抗剪承载力按中震弹性验算，确保结构在中震作用下具有良好的抗剪和抗弯性能；

（3）罕遇地震设计方针：进行静力弹塑性分析（PUSHOVER），了解罕遇地震作用下结构的破坏机制，按规范控制罕遇地震时结构的弹塑性层间位移角，确保大震不倒。

4.2计算结果与分析

（1）多遇地震弹性计算（SATWE和PMSAP）如表1、表2。

PMSAP和SATWE计算出的周期、基底剪力、层间位移角及位移比均比较接近，两个程序可以相互校核。

采用弹性时程分析法进行补充计算，时程法计算结果与反应谱法计算结果基本吻合，仅在顶部31～39结构层时程曲线平均值会突出振型分解反应谱曲线，因此可采用振型分解反应谱法的结果进行结构设计，仅在31～39结构层地震力放大1.1倍。

（2）中震设计分析。

表1　结构模态信息

表2　地震荷载（反应谱法）和风荷载下计算得到的结构最大响应

本工程中震作用下进行抗剪“中震弹性设计”及抗弯“中震不屈服设计”，具体做法如表3所示。

表3

中震抗剪弹性验算结果：底部加强区1～4F的局部剪力墙在中震作用下，抗剪截面不能满足要求。故采用加设钢板的方法来处理底部加强区局部抗剪截面不足的问题。

中震不屈服验算结果：所有柱在中震下均保持弹性状态，构件配筋没有超筋，配筋与小震作用相当。底部加强区按中震不屈服和小震作用的较大值配置剪力墙端部暗柱钢筋，剪力墙分布钢筋按中震弹性结果配置，剪力墙底部加强区采用设置型钢的方法来抵抗底部加强区出现受拉的问题。

（3）罕遇地震下静力弹塑性（PUSHOVER）分析。

罕遇地震作用下，PUSHOVER分析所得的性能控制点处结构的内力和变形数据如表4所示。

表4

本工程在罕遇地震作用下的静力推覆分析结果表明，楼层的薄弱位置剪力墙等关键构件在罕遇地震下仍具有一定的安全储备，底部加强区高度范围内剪力墙的混凝土被压碎，但剪力墙未屈服，连梁和框架梁梁端出现较多的塑性铰。

在性能点处，各方向最大层间弹塑性位移角1/159，小于框架-核心筒结构层间弹塑性位移角限值1/100，符合《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.7.5条的规定，建筑物可实现“大震不倒”的抗震设防目标。

5　针对结构不规则及超限情况采取的加强措施

参照建设部建质[2010]109号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程存在高度超限，属B级高度高层，并存在扭转不规则，二层楼板出现楼板有效宽度小于典型楼板宽度的50％而存在楼板不连续。

5.1计算措施

（1）针对平面“扭转不规则”，在计算中，考虑扭转耦联的振型分解反应谱法计算，同时控制结构扭转周期（第三周期）和第一平动周期的比值在0.85以下，本工程T3/T1=3.0941/3.8007= 0.814。

（2）针对“楼板不连续”，将楼板连接薄弱处定义为弹性板，楼板加厚，并配置双层双向钢筋。

（3）针对“高度超限”，在计算中严格控制楼层层间水平位移的绝对值，将楼层层间位移角控制在1/800以下，严格控制柱和剪力墙的轴压比。

（4）在计算中采取性能化设计，对其竖向构件抗弯承载力按中震不屈服设计，抗剪承载力按中震弹性设计。对整体结构进行罕遇地震下的PUSHOVER分析，以验证结构能否满足大震阶段不倒塌的抗震设防要求，并寻找薄弱楼层与薄弱构件，对薄弱部位制定相应的加强措施。

5.2构造措施

（1）由于本工程体型呈椭圆形，椭圆的两端点突出部位在水平向地震力作用下位移较大，为增加结构的整体刚度，上下各沿水平向加设两片1000～1400厚的剪力墙，与中部核心筒共同形成抗侧力体系。

（2）剪力墙在底部加强区高度范围内，中震受拉部位加设型钢。

（3）剪力墙在底部加强区的抗震等级为特一级，水平筋与竖向筋配筋率分别调高至0.40％。

6　结论与建议

本工程属于平面和竖向较规则，虽然高度超限，但结构布置合理，并对结构的薄弱处采取了有效的构造加强措施，使得结构仍具有较好的抗震性能，计算结果满足现行规范要求。本超高层办公楼目前已经通过超限审查及施工图审查，处于现场施工阶段。

[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（建质[2010]109号）.

TU973+.31

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1673-0038（2015）10-0011-03

2015-2-22