韩城市兴隆大厦超限高层结构设计

张帆

（上海建筑设计研究院有限公司西安分公司，西安710006）

1 工程概况

兴隆大厦（黄河明珠开元大酒店）项目位于陕西省韩城市森林公园正北侧，由1 栋超高层酒店主楼及左右2 栋裙楼组成（见图1），建筑面积约80 000m2，为当地地标性建筑。主裙楼之间均为2 层地下室连成整体，地面以上左右两侧A、B 单元裙房设抗震缝与主楼脱开，而北侧裙房C 单元与塔楼连接为一体。酒店主楼地面以上35 层，屋面上设环形旋转餐厅，建筑高度166.65m，结构高度为165.55m，结构形式为框架-核心筒钢筋混凝土结构。裙房地面以上4 层框架结构，建筑高度26m。结构抗震标准如表1 所示。

图1 建筑外景照片及剖面图

表1 结构抗震标准参数表

2 地基基础

项目场地为中硬场地土，主要地质土层为黄土、古土壤、中细砂及粉质黏土，地下稳定水位埋深14.80～15.70m，主楼采用296 根800mm 桩径钻孔灌注桩，桩长45m，以⑩层粉质黏土为持力层，单桩承载力不小于4100kN，主楼基础设置3m 厚筏板，灌注桩间按2.4m 等间距满堂布桩。

3 超限高层的判定及措施

塔楼结构高度为165.55m，超过JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]中7 度区框架核心筒结构A 级最大适用高度130m 的限值，按B 级高度结构进行高度超限评审论证，设计采取以下措施：（1）框架柱及剪力墙的抗震等级均按特一级考虑；（2）严格控制框架柱及剪力墙的轴压比，轴压比大于0.4 的剪力墙在底部加强区范围设置型钢并向上延伸1 层；（3）底部加强区框架柱采用复合井字箍，针对加强区以上超短柱（剪跨比λc＜1.5）轴压比按规范规定值减0.10 限值，短柱内均设置芯柱；（4）框架柱端加密区及剪力墙约束边缘构件的配箍特征值均按规范提高2%。

由于4 层北侧裙房C 单元地面以上与塔楼连为一体，在裙房屋面的第5 层，平面凹进深度44%，塔楼偏心（上下3 层综合质心比为18%）较接近限值，采取加大裙房的梁柱截面，增加其抗侧刚度，使裙房变形与塔楼协调，抗震等级采用特一级，另外，裙房屋顶层及上、下1 层加强楼面刚度，板厚取150mm，楼板采用双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。同时，第5 层设置为薄弱层，地震力计算时程序考虑1.25 倍的放大系数。

由于2～5 层C 单元裙房中部设置采光通井，对穿层柱复核框架柱的计算长度系数符合实际情况，箍筋全高加密，另外，采用2 种情况分别计算后，取对应框架柱的内力包络值进行配筋：（1）第4 层夹层按实际情况计算，整个楼层设弹性板；（2）把第4 层夹层作为次结构处理，荷载加到4 层上，5 层层高取7.2m 进行补充计算。裙房、标准层及顶部旋转餐厅典型平面如图2 所示。

图2 裙房、标准层及顶部旋转餐厅典型平面

4 抗震性能水准的选择

除高度超限，塔楼核心筒偏置在标准平面的北侧，在地震作用下扭转明显，计算时，不但应考虑偶然偏心的影响，结构的周期比和位移比等反应扭转作用的控制指标须从严限值，综合审查会意见，塔楼抗震性能目标评定为D 级，即进行小震下的弹性计算和中震及大震不屈服计算。性能目标评定为D级时，设计措施如图3 所示。

图3 性能目标评定为D级时设计措施

根据岩土勘察报告及场地地震安全性评价报告，地震加速度为0.186g，按设计规范中地震影响系数公式：

式中，k为地震系数，即地震最大加速度与重力加速度g的比值；β 为动力系数，即质点最大加速度与地面最大加速度的比值；Amax为地震地面运动最大加速度；Sa为质点最大加速度；F为水平地震作用的最大绝对值；G为结构重量。

基本地震加速度为0.186g，k=0.15，当阻尼比为0.05 时，βmax=2.25，基本设防地震对应的地震影响系数最大值αmax=kβmax=0.186×2.25=0.418，基本设防地震影响系数对应多遇地震系数约为2.8 倍，即αmax=0.418/2.8=0.15。

主体结构的计算采用SATWE 程序进行整体内力位移计算，同时，采用PMSAP 程序作为补充分析及参数比较，弹性时程分析法进行补充计算，并与反应谱法的结果进行对比（见表2），7 条地震波剪力值时程曲线如图4 所示。

表2 SATWE和PMSAP 计算结果对比

图4 动力时程弹塑性计算结果

由动力时程弹塑性计算结果可知：

1）每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%；

2）多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80%；

3）满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）[2]的要求。

5 顶部环形旋转餐厅设计

主楼酒店35 层（标高142.5m）以上设置环形旋转餐厅，结构楼层平面大幅收进，且厨房、旋转轨道机械设备及建筑覆土垫层的自重较大，导致竖向体型和刚度突变，塔楼整体收进的部位越高平面尺寸变化越大，结构的高震型反应越明显，周期减短加速度变大，地震力也随之越大。在下部楼层中，剪力墙承担大部分剪力，墙位移小可限制框架变形，上部楼层剪力墙则位移增大，框架变形相对较小，框架除负担自身剪力外，还要承担拉回墙变形的附加剪力，因此，在顶部餐厅楼层框柱中设置构造性“工”字型钢，增加框架柱的抗震效力和延性。

6 结论

通过以上分析，得出如下结论：

1）本项目塔楼高度超过7 度区框架核心筒结构A 级最大适用高度，对结构整体抗震能力及重要构件的抗震等级、轴压比、墙柱配筋率及型钢设置等提出合理的控制目标，对平面和体型的突变，在薄弱的特殊楼层处增大地震作用计算并增强构造措施，计算结果满足设计预期要求。

2）对于核心筒偏置的超高层，按小震不坏、中震可修、大震不倒的原则，对抗震性能分析提出水准要求，确保竖向构件及耗能构件的延性强度。根据本场地的地震加速度值，确定地震影响系数后采用SATWE 和PMSAP 2 种力学模型进行复核计算，并运用弹性时程分析法进行补充，与反应谱法的结果进行对比，结果均满足各项控制要求。

3）塔楼顶部的旋转餐厅存在平面及刚度的突变，考虑到框剪结构的特性及可能高震型下的鞭梢效应，在框架柱内构造性设置型钢确保结构延性。