通州新北京中心項目8A樓超高層抗震設計

周鋼　束偉農　石異　孫鵬　張建良　趙東卓　侯硯

(北京市建筑設計研究院有限公司　北京　100045)

?

通州新北京中心項目8A樓超高層抗震設計

周鋼束偉農石異孫鵬張建良趙東卓侯硯

(北京市建筑設計研究院有限公司北京100045)

新北京中心項目8A樓位于北京市通州區，高度為130.89m的框架-剪力墻結構，屬于高度超限結構。文章主要介紹了該辦公樓的結構設計要點，并通過彈塑性分析研究了結構在罕遇地震下的受力特點和抗震性能。

超高層建筑;剪力墻;彈塑性;外框柱

E-mail:1992892721@qq.com

1　工程概況

建設地點位于北京市通州區新華北路東約100m，通惠河北側。8#地塊總建筑面積約14.364萬平方米，地下建筑面積4.3918萬平方米，地上建筑面積9.9721萬平方米。9#地塊總建筑面積約11.329萬平方米，地下建筑面積2.765萬平方米，地上建筑面積8.564萬平方米。8#地塊和9#地塊各由兩座超高層塔樓及底部裙房組成，地下室層數為4層。8#地塊與相鄰9#地塊地下四層～地下二層被市政環隧分隔，在地下一層兩個地塊連為一體，地上部分各自分開。本文介紹8A樓結構設計情況。8A樓位置關系見圖1、圖2，建筑首層平面圖見圖3。

圖1　建筑效果圖

圖2　建筑總平面圖

圖3　建筑首層平面圖

8A樓長：43.3m、寬：26.5m，層數28層，高度為130.89m，框架-剪力墻結構。地上1～3層為商業，層高為6m、5.1m、5.1m；4層為設備層，層高2.19m；17層為避難層，層高為4.5m；其余為辦公，層高為4.5m。8A樓各層剖面高度關系見圖4。

8A樓根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010中規定的8度區丙類建筑鋼筋混凝土框架-剪力墻結構的最大適用高度：A級100m、B級120m[1]。8A樓高度為超B級高度。

結構設計使用年限為50年，建筑結構的安全等級為二級，結構重要性系數取1.0。抗震設防烈度為8度，抗震設防類別為丙類，設計基本地震加速度值為0.20g。場地類別為III類，特征周期0.42s(剪切波速230m/s內插值)，設計地震分組為第一組。

2　結構設計

2.1設防目標

總體上，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。其中對于底部加強區剪力墻(底部加強區為B1層至F6層)和外框柱按中震設計。確定了如表1所示的抗震設防目標。

表1　抗震設防目標

2.2結構抗側力體系和抗震等級

(1)采用框架-剪力墻結構。

(2)本工程以地下室頂板(±0.00)作為上部結構的嵌固端。

圖4　建筑剖面圖

(3)剪力墻抗震等級：地上為特一級；地下一層為特一級；地下二層為一級、地下三層為二級、地下四層為三級。

(4)剪力墻底部加強區為一層至六層，加強區過度范圍為七層至十二層。

(5)框架抗震等級為：地下一層至屋頂為一級，地下二層為為二級、地下三層、地下四層為三級。

(6)根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)[2],本工程按抗震設防烈度8度要求采取抗震措施。

2.3構造措施

(1)在下部樓層的外框柱子和剪力墻中加設型鋼，適當提高框架結構的承載力和延性等措施，提高結構抗震性能；

(2)連梁和框架梁加強構造措施，在跨高比較小的連梁及支撐樓面梁的連梁中增設型鋼，提高其變形能力；

(3)控制外框柱軸壓比(≤0.65)及墻肢的軸壓比(≤0.45)提高結構抗震性能；

(4)加強部位的高度取底部六層，墻體采用約束邊緣構造至十二層。

2.4計算措施

(1)進行小震計算，驗證構件軸壓比、抗剪承載力，保證符合規范要求。

(2)進行中震計算，驗證構件軸壓比、抗剪承載力，保證符合規范要求和性能化設計目標。

(3)進行大震計算，調整大震阻尼比，考慮樓板剛度退化等，保證主要構件不屈服，滿足受剪截面控制的條件。

2.5關鍵問題極其解決辦法

(1)結構采用框架-剪力墻結構，8度最大適用高度為120m(B級)，本工程高度為130.89m(不含女兒墻高度)，超B級高度。采用兩個不同力學模型的空間分析程序PKPM-SATWE、和MIDAS進行對比校核計算，檢查整體結構各項指標是否滿足規范要求。

(2)在雙向水平地震作用下，底部加強部位的墻肢，偏壓承載力按中震不屈服設計，受剪承載力滿足中震彈性和大震下的截面剪應力控制要求。加強部位以上的主要墻肢，受剪承載力滿足中震不屈服的要求。墻肢的約束邊緣構件延伸至軸壓比0.25的高度;底部加強部位墻肢拉應力超過ftk時，構件內設置型鋼承擔拉力，對拉應力較大(≥1.5 ftk)的主要墻肢，其偏拉承載力按中震彈性設計。

(3)底部加強部位的框架柱，計入多道防線，偏壓和偏拉承載力按中震不屈服設計，受剪承載力滿足中震彈性的要求；加強部位以上框架柱受剪承載力滿足中震不屈服的要求。

(4)在罕遇地震作用下，擬進行靜力彈塑性分析，找出結構薄弱部位，并觀察結構在罕遇地震力作用下的塑性鉸發展趨勢。檢驗結構在罕遇地震下的彈塑性變形滿足規范限值1/100要求，保證大震不倒的設防目標。

3　計算結果

3.1靜力彈塑性計算結果

在Pushover分析曲線中，結構的能力曲線和罕遇地震需求曲線能夠求得性能控制點，性能控制點對應的結構層間位移角小于規范規定的限值。從結構的出鉸部位和順序來看，在設防烈度地震的作用下，結構在一些連梁和剪力墻中出現了塑性鉸，但數量不多；在罕遇地震作用下，結構的一部分連梁和剪力墻出現了塑性鉸，且一些塑性鉸屈服程度較深。但從基底剪力—頂點位移相關曲線上可以看到，整體結構仍處于強化上升的工作階段，在罕遇地震對應點之后的曲線上升態勢還比較明顯，如圖5所示。故可以說，結構能夠經受罕遇地震的考驗。

圖5　第一主方向pushover分析曲線-大震

結構的出鉸順序和部位如下：

①當結構頂點位移在0.120m(小震位移為105mm)之前，如圖6所示，整個結構保持彈性；

②當頂點位移達到0.280m(約相當于中震的水平)時，如圖7所示，在塔樓上部連梁及兩側框架梁出現了塑性鉸；

③隨著側推的繼續，剪力墻塑性鉸，連梁塑性鉸的數量也逐漸增多；

④當達到罕遇地震性能控制點時，如圖8所示，在底部的剪力墻上都出現了塑性鉸，部分連梁的出鉸程度已經比較深。

圖6　頂點位移0.111m時出鉸圖(結構彈性)

圖7　頂點位移0.310m時出鉸圖(出鉸單元比例0.3%)

圖8　罕遇地震性能控制點對應時刻出鉸圖(出鉸單元比例9.0%)

4　專家審批意見

2014年1月8日對該項目進行超限高層抗震設防專項審查。審查結論為“通過”，審查意見如下：

(1)同意該工程采用下列抗震性能目標

①本工程設計地震動的參數，中震、大震的設計地震動參數按2010抗震規范采用。

②底部加強部位的框架柱，計入多道防線，偏壓和偏拉承載力按中震不屈服復核，受剪承載力滿足中震彈性的要求；加強部位以上的框架柱受剪承載力滿足中震不屈服的要求。

③底部加強部位的墻肢，偏壓承載力按中震不屈服復核，受剪承載力滿足中震彈性和大震下的截面剪應力控制要求。加強部位以上的墻肢受剪承載力滿足中震不屈服。

(2)設計單位應按下列要求進一步改進

應進一步用多種模型復核框架柱(含剪力墻端柱)多道防線的調整。

[1]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2]GB50011-2010 建筑抗震設計規范[S].

周鋼(1963.1-),男,高級工程師，主要從事建筑設計方面的工作。

束偉農(1963.6-)，男，教授級高工，主要從事建筑設計方面的工作。

石異(1969.5-),男,高級工程師，主要從事建筑設計方面的工作。

孫鵬(1972.5-),男,工程師，主要從事建筑設計方面的工作。

張建良(1967.11-),男,高級工程師，主要從事建筑設計方面的工作。

趙東卓(1986.8-),男,助理工程師，主要從事建筑設計方面的工作。

侯硯(1982.12-),女,工程師，主要從事建筑設計方面的工作。

Highly-overrun Aseismic Design of Building 8A of New Beijing Center in Tongzhou District

ZHOUGangSHUWeinongSHIYiSUNPengZHANGJianliangZHAODongzhuoHOUYan

(BEIJING INSTITUTE OF ARCHITECTURAL DESIGN ，Beijing 100045)

Building 8A of New Beijing Center is located in Tongzhou district of Beijing. The building has 130.89 meters tall frame - shear wall structure, which is highly-overrun structure. Structure design of the office building is discussed in this article. Mechanical characteristics and seismic behavior of structure when disastrous earthquake occurs are particularly studied through the elastoplastic analysis.

Highly-overrun building; Shear wall; Elastoplasticity; Peripheral column

周鋼(1963.1-),男，高級工程師。

2015-11-11

TU973

A

1004-6135(2016)01-0059-04