福佳金融大廈項目超高層結構設計

【摘要】福佳金融大廈項目A、B號樓為主體45層178.85米的辦公樓，結構形式為框架-核心筒結構。本文針對超限情況和結構體系，擬定合理的抗震性能設計目標，采用彈性時程分析，動力彈塑性時程分析找到薄弱層及薄弱部位，采取相應有效措施進行加強。

【關鍵詞】超高層建筑；性能目標；抗震計算；防震縫分析

1.工程概況

福佳金融大廈項目為辦公樓，地上45層（結構層46層），地下3層，地上建筑由A、B、C三座塔樓組成。A、B號樓結構型式為框架-核心筒結構，地上部分互為鏡像關系，主體結構45層，高度為178.85米，本工程嵌固端位置取在地下一層頂，1層層高為6.0米和2～4層層高均為4.8米，標準層層高為3.85米，其中15層、30層為避難層，層高為4.2米。標準層平面尺寸為52m×34.2m，A、B號樓和C號樓之間在±0.000以上用防震縫分開。

2.結構體系

本工程抗震設防烈度為7度，結構型式為框架-核心筒結構，十八層至基礎框柱采用型鋼混凝土框架柱，十九層及以上采用鋼筋混凝土柱，梁板采用現澆鋼筋混凝土。

3.超限分析

平面形狀為矩形，Y-偶然偏心地震作用下扭轉位移比1.20；一層頂局部開洞，開洞面積占總面積的11.5%，偏心率最大值X方向在4層為0.088，Y向在11層為0.027；本層與上一層的受剪承載力之比最小值為X向0.88，Y向0.80，無剛度突變和尺寸突變項，無特別不規則項，本工程主體高度為178.85米，超過A級高度130m的最大適用高度，平面及豎向規則[1][2][3]。

4.性能目標

本工程抗震性能目標取C級，具體要求為：小震下層間位移角為1/684，結構構件彈性；中震下底部加強部位豎向構件滿足抗剪彈性，偏拉偏壓不屈服，其他豎向構件滿足不屈服，外框梁滿足不屈服要求，其他框架梁和連梁允許部分屈服；大震下層間位移角限值為1/100，允許部分構件屈服，墻肢及框架柱滿足受剪截面控制條件。

5.防震縫驗算

A、B號塔樓與C號塔樓在一層及以上采用防震縫分隔，防震縫寬度滿足中震下各塔樓間變形要求和規范規定的防震縫寬度[2]，經計算：1～25層按照規范要求防震縫寬度取500mm，26層～33層C號樓與A、B號樓相鄰框架柱向樓內側收截面100mm，防震縫寬600mm。考慮雙向地震作用26層A、B號樓與C號樓層最大相對位移為426mm；33層最大相對位移為538.8mm，防震縫寬度滿足中震不屈服工況下結構變形要求。

6.小震計算分析

本工程抗震設防烈度為7度；設計基本地震加速度值按安評取值0.105g，特征周期為0.35s；阻尼比取0.05，采用SATWE和ETABS進行結構整體分析。風荷載計算采用0.55kN/m2，承載力計算時取0.605kN/m2，小震計算最不利方向位移角為1/715，最不利位移為208mm，風荷載計算最不利方向位移角為1/858，最不利位移為176mm。其他計算結果兩個軟件的都比較接近，給出兩軟件的不利情況如下：結構總質量114541.1t，扭轉周期與平動周期比

Tt/T1=4.043/5.217=0.77；地震作用下基底剪力X向19693.9kN，Y向19407.4kN；風荷載下X向基底剪力8727.1kN，Y向14912.4kN。

7.彈性時程分析

采用SATWE進行彈性時程分析，主分量峰值加速度取43cm/s2，結構阻尼比為5%。采用一組人工波和二組天然波。CQC法計算結果在頂部41層以上小于彈性時程分析法計算的平均結果，小震彈性設計時將按照時程分析結果對CQC法進行放大。

8.中震計算分析

采用SATWE程序進行中震彈性和不屈服驗算，計算得總基底剪力X向為41708kN，Y向為40457kN。中震彈性工況下底部加強區，核心筒剪力墻計算剪力與抗剪承載力的最大比值一層為0.92，二層為0.91，三層為0.97，四層為0.96，五層為0.93；外框柱計算剪力與抗剪承載力的最大比值一層為0.13，二層為0.22，三層為0.14，四層為0.21，五層為0.17，均可滿足中震彈性的計算要求。

中震不屈服工況計算結果表明墻肢在雙向地震作用下核心筒端部墻肢出現整體受拉狀態，其邊緣構件拉應力較大，最大拉應力為1.49N/mm2，小于混凝土的抗拉強度標準值ftk=2.85N/mm2，但筒體外側橫墻拉應力較大，考慮結構核心筒長寬比較大，故在該墻內設置型鋼[4]，并將型鋼延伸至拉力為零和底部加強區的上一層的較大者。

9.大震計算分析

采用SATWE程序進行大震驗算，計算出的底部剪力X向為88600kN，Y向為87500kN。剪力墻大震受剪截面控制條件驗算，核心筒計算剪力與抗剪承載力的比值，一層最大值為0.81，二層最大值為0.71，三層最大值為0.63；框架柱計算剪力與抗剪承載力的比值，一層最大值為0.27，二層最大值為0.28，三層最大值為0.26。結果表明，底部加強部位的核心筒墻肢及外框柱在大震作用下滿足截面剪應力控制要求

10.結論

（1）針對結構體系的特點、超限情況以及建筑的使用功能，性能設計目標選擇C，結構進行了小震、中震、大震作用下的整體分析，以及大震動力時程分析，最終達到預定的性能目標[5]。

（2）本工程在A、B號樓和C號樓間設置防震縫，縫寬按中震的變形情況和抗規要求取大值。

（3）中震不屈服出現小偏心受拉的混凝土構件采用特一級構造措施，對于拉應力較大的墻肢，設置型鋼承受拉力，以提高結構的延性和抗倒塌能力。

參考文獻

[1]JGJ3-2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]GB50011-2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點[S].2010.

[4]JGJ138-2001型鋼混凝土組合結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[5]金廊5號南部地塊商業A、B號樓及C號樓項目初步設計抗震設防專項審查意見.