廣州金融城某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

蔡蔭

（廣東省建筑設(shè)計研究院 廣東廣州 510010）

1 工程概況

項目位于廣州市天河區(qū)，建筑用地面積14759m2，總建筑面積為142363m2，地下建筑面積34988m2。本工程為B級高層建筑，地面以上39層，其中2～10層為管理中心，11～39層為主塔部分，建筑物總高度為172.4m。地面以下3層，主要為停車庫及設(shè)備用房。

根據(jù)建筑物的總高度、抗震設(shè)防烈度、建筑用途等情況，主塔樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，商業(yè)部分及管理中心采用框架結(jié)構(gòu)體系。本工程Y向筒體高寬比為11.8，小于高規(guī)9.2.1建議的數(shù)據(jù)12。為提高豎向抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向剛度，核心筒重要部分墻厚為700mm，20層以下核心筒外側(cè)周邊框架柱為鋼管柱，20層至22層框架柱內(nèi)放置型鋼，形成鋼骨混凝土柱，23層及以上為混凝土柱。

2 結(jié)構(gòu)整體計算

2.1 彈性階段計算分析

彈性階段設(shè)計采用SATWE計算，并與GSCAD對比，共44個結(jié)構(gòu)層，模型4層梁板為結(jié)構(gòu)2層梁板。以水平力與整體坐標夾角為0°時，剛性樓板假定主要計算結(jié)果見表1。

SATWE與GSSAP模型總質(zhì)量與前三周期基本相同，誤差均不超過5%；有效質(zhì)量系數(shù)均大于90%，滿足規(guī)范要求；兩模型各主要計算參數(shù)基本相同，地震荷載作用下X向最大層間位移角為1/1292，Y向最大層間位移角為1/1015。

2.2 彈性時程分析

采用SATWE進行彈性動力時程分析，選用地震波為多遇地震的5組實際地震記錄和2組場地合成人工波，分析時按Ⅶ度地震Ⅱ類土，50年時限內(nèi)超越概率為63.2%（小震），阻尼比為0.05，以水平力與整體坐標夾角為0°時，基底最大剪力及最大層間位移角計算結(jié)果如表2。

結(jié)論：

表1 計算結(jié)果列表

表2 基底最大總剪力及最大層間位移角

（1）時程分析結(jié)果滿足平均底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果的80%，每條地震波底部剪力不小于反應(yīng)譜法結(jié)果的65%的條件。

（2）0度地震作用下，1～2層、5～8層及26～28層的7組加速度時程的各樓層剪力平均值較反應(yīng)譜大5%以內(nèi)，29～33層的7組加速度時程的各樓層剪力平均值較反應(yīng)譜大5%以內(nèi)，34～41層的7組加速度時程的各樓層剪力平均值較反應(yīng)譜大10%～20%；32～41層的7組加速度時程的位移角平均值較反應(yīng)譜大20%以內(nèi)，最大層間位移角為1/1292。

（3）在多遇地震作用下，時程剪力平均值大于反應(yīng)譜剪力的樓層，在施工圖設(shè)計時，將振型分解法的地震作用適當放大，使其能基本包絡(luò)時程分析的結(jié)果。

2.3 結(jié)構(gòu)中震驗算

本工程底部加強區(qū)核心筒，跨層柱等關(guān)鍵構(gòu)件的正截面承載力以及其他構(gòu)件的承載力驗算按中震彈性（抗剪）和中震不屈服（抗彎）的計算方法計算：

（1）中震彈性計算方法即不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，但考慮荷載作用分項系數(shù)，考慮材料分項系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)。

（2）中震不屈服計算方法即計算中不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整，荷載作用分項系數(shù)、材料分項系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取為1.0。

采用規(guī)范反應(yīng)譜計算設(shè)防烈度地震作用，水平最大地震影響系數(shù)αmax＝0.23，阻尼比 ξ=0.05。

結(jié)論：關(guān)鍵部位剪力墻核心筒墻體和底部外框柱滿足抗彎不屈服、抗剪彈性，短柱、塔樓跨層柱、大跨度框架滿足抗彎、抗剪彈性；其他外框柱滿足抗彎、抗剪彈性；普通框架柱滿足抗剪、抗彎不屈服；2、9、28和40層部分主梁出現(xiàn)抗彎屈服，部分樓層的連梁出現(xiàn)超筋的情況，但其均滿足抗剪截面驗算的要求。

表3 中震驗算整體計算結(jié)果

2.4 彈塑性時程分析

運用PERFORM-3D軟件對結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析，選用5組2類場地的天然地震波和2組場地人工波，并將結(jié)果與反應(yīng)譜分析結(jié)果相比較。彈塑性分析時在PERFORM-3D模型中將首層以下結(jié)構(gòu)層刪除，全樓共41層結(jié)構(gòu)模型，為框架核心筒結(jié)構(gòu)。PERFROM-3D的梁和非底部加強區(qū)剪力墻柱的配筋基本按照SATWE小震反應(yīng)譜的計算結(jié)果，底部加強區(qū)的剪力墻配筋根據(jù)SATWE小震反應(yīng)譜和中震不屈服的計算結(jié)果包絡(luò)，其中約束邊緣構(gòu)件的最小配筋率為1.4%、豎向分布筋最小配筋率為0.4%。在三向地震荷載作用，分別以0°和90°為主方向進行彈塑性時程分析。0°方向計算結(jié)果如表4所示。

表4 0°主方向罕遇地震與多遇地震計算結(jié)果對比

各地震波曲線分析結(jié)果表明，7條地震波的X向?qū)娱g位移角平均值為1/1297，Y向?qū)娱g位移角平均值為1/266，結(jié)構(gòu)最大層間位移角均小于1/100。

3 結(jié)語

本工程存在的不規(guī)則項為3.5項，設(shè)計中對結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)定抗震性能化目標，在抗震設(shè)計中，采用SATWE與GSSAP對結(jié)構(gòu)進行了彈性、彈塑性分析，補充了結(jié)構(gòu)在中震和大震下的驗算。結(jié)果表明，各項指標表現(xiàn)良好，滿足規(guī)范要求。并根據(jù)計算結(jié)果，對關(guān)鍵和重要構(gòu)件作了適當加強，以保證在地震作用下的延性。

[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011－2010）.

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3－2010）.

[3]《廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查實施細則》粵建市函[2011]580號.