富興世界金融中心西裙房結構設計與研究

文/袁晟、廖明皓 湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410000

1、工程概況

富興世界金融中心項目位于長沙市開福區湘雅路與芙蓉中路交匯處東北角（原長沙老火車北站內）。項目分為三期進行開發。本次開發的是富興世界金融中心一期工程，用地面積為35，412平方米，總建筑面積約491，723平方米，其中地上計容建筑面積303,850平方米，地下建筑面積約181，234平方米。富興世界金融中心一期工程由三座塔樓和東、西裙樓構成。三座塔樓高度分別為199.7米(T2辦公)、185.0米(T3辦公)、145.3米(T4辦公)，東裙房高度為23.3m，西裙房高度為36.7m。三座塔樓與裙房在地下室頂板以上均以結構縫脫開，在地下室頂板連成整體。建筑立面效果圖如圖1。

圖1 建筑立面效果圖

本工程建筑結構安全等級為二級，設計使用年限為50年。抗震設防烈度6度（0.05g），抗震設防類別為乙類，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為II 類，根據地震安評報告本項目多遇地震影響系數最大值取0.05，特征周期取0.35s。基本風壓取0.35kN/m2，地面粗糙度為C類。

2、地基基礎設計

本工程地基基礎設計等級為甲級，根據地勘建議及場地巖土工程條件，基礎擬采用筏板基礎，基礎持力層為中風化巖，巖石承載力特征值為1500kPa。由于抗浮水位為39.0m，水頭達到18.1米，采用抗浮錨桿抵抗水浮力。

3、結構體系

地下室頂板作為上部結構嵌固部位，結合西裙房的特點與建筑功能要求，采用了鋼筋混凝土（部分型鋼混凝土）框架結構體系。典型結構平面布置圖如3、4所示。

樓蓋均采用鋼筋混凝土梁板體系，樓板厚度不小于110mm。

圖2 西裙房典型結構平面布置圖

4、超限分析

4.1 高度及高寬比

根據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，本工程結構高度為36.7m，6度區規范限制60m，屬于不超限。

4.2 一般不規則檢查

具有下述三項一般規則性超限：

（1）扭轉不規則：根據計算結果位移比大于1.2、小于1.4。

（2）樓板不連續：建筑中庭空間要求大開洞，樓層開洞面積超過50 %。

（3）其他不規則：結構因中庭開洞形成部分柱不連續。

4.3 超限類型判定

綜上所述本工程屬于超限高層建筑結構，同時具有三項一般規則性超限，無嚴重不規則項。

4.4 結構加強措施

本工程為存在扭轉不規則、樓板不連續、構件間斷等不規則的超限高層建筑。結合計算分析結果和本工程的不規則性，主要采取以下抗震加強措施。

4.4.1 針對轉換梁、柱的加強措施

（1）嚴格控制轉換柱地震作用下的軸壓比，大震作用下轉換柱的軸壓比也控制在0.75以下；控制轉換梁、柱截面的剪應力水平，任何情況下不允許發生剪切破壞；

（2）受力較大的轉換梁、柱采用型鋼混凝土，以盡可能提高轉換梁、柱的延性。

4.4.2 針對大懸挑與大跨度梁的加強措施

（1）主要大懸挑、大跨度梁均采用型鋼混凝土梁，盡可能提高梁的延性，同時與之相鄰的框架柱也采用型鋼混凝土柱；

（2）嚴格控制梁截面的剪切應力，任何情況下均需滿足梁截面的受剪截面驗算；

（3）嚴格控制大懸挑梁的撓度與裂縫。

4.4.3 針對樓板開洞的加強措施

（1）樓板均采用現澆鋼筋混凝土板，樓板厚度均不小于110mm；

（2）開大洞的周邊樓板板厚均取為150mm，配筋雙層雙向拉通，且洞口周邊框架梁梁高均不小于1米。

5、彈性分析結果

小震彈性分析軟件采用PKPM之SATWE（2010 V.2.1），并采用MIDAS BUILDING（2013）計算對比。

5.1 周期與振型

根據兩種軟件計算結果，SATWE、MIDAS的計算結果基本一致，計算程序的可靠性可以保證。前三個振型依次是約X方向平動、Y方向平動和繞Z軸的轉動,左單元第一扭轉周期與第一平動周期的比值Tt/T1，SATWE的計算結果為1.4577/1.6391=0.89＜0.90，MIDAS的計算結果為1.4645/1.6284=0.899＜0.90，滿足規范要求小于0.9的規定。右單元第一扭轉周期與第一平動周期的比值Tt/T1，SATWE的計算結果為 1.7594/1.9736=0.89＜0.90，MIDAS 的 計算結果為1.5196/1.7035=0.892＜0.90，滿足規范要求小于0.9的規定

5.2 豎向不規則判定

根據《高規》3.5.2條，框架結構樓層與其相鄰上層的側向剛度比不宜小于0.7；與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8。《高規》-3.5.3條，A級高度高層建筑的樓層抗側力結構的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應小于其相鄰上一層受剪承載力的65%。根據PKPM之SATWE兩種軟件計算得到的計算結果，本工程左右結構單元均滿足規范要求，且無軟弱層，且無薄弱層。。

5.3 樓層剪重比

圖3 樓層剪重比

本工程水平地震影響系數最大值αmax=0.050，根據《高規》4.3.12條，樓層最小剪力系數=0.2αmax=0.2×0.05=1.0%。SATWE和MIDAS兩種軟件計算結果表明，左單元結構樓層在X、Y向的最小剪重比分別為1.55%與1.63%，均大于規范限值1.0%，滿足規范要求。右單元結構樓層在X、Y向的最小剪重比分別為1.30%與1.27%，均大于規范限值1.0%，滿足規范要求。

5.4 樓層扭轉比

根據《高規》-3.4.5條中的要求，在考慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下，復雜高層建筑的豎向構件最大水平位移和層間位移，不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。結合《高規》3.4.5條的條文說明，計算樓層扭轉比時，取“規定水平力地震力”計算，并考慮5%的偶然偏心。

SATWE和MIDAS兩種軟件計算結果表明，左單元結構除個別樓層大于1.2且小于1.4外，其余樓層均小于1.2，滿足規范要求。右單元結構除個別樓層大于1.2且小于1.4外，其余樓層均小于1.2，滿足規范要求。

5.5 層間位移

根據《高規》中4.6.3條的要求，樓層層間位移角限值為1/550。SATWE和MIDAS兩種軟件計算結果表明，左右單元小震作用下的最大層間位移角，結果均小于規范限值1/550，滿足規范要求。

6、溫度應力分析

本工程采用MIDAS Building進行樓板溫度應力分析。對該結構做以下處理及假定：

（1）僅考慮梁、板、柱在溫度荷載作用下的應力和變形。

（2）本工程有四層全埋地下室，地下室與土體接觸，溫度變化小，因此不考慮溫度變化對地下室樓板影響。將在地下室車庫頂板處的上部結構進行固定約束。

（3）根據《建筑結構荷載規范》9.1.2條混凝土的線膨脹系數取1×10-5/℃，鋼材的線膨脹系數取1.2×10-5/℃。

從樓板應力分布圖得出結論：

1）溫度收縮主要發生在底部幾層及屋面層，二層最嚴重。從這點可以看出越靠近底部的樓層受基礎約束越大，受溫度影響越大。而屋面層因溫差大，溫度應力也較大。

2）從各層溫度應力分布來看，因本工程為框架結構，平面剛度相差不大，樓板溫度應力除開大洞周邊局部樓板及中部連廊薄弱部分樓板外分布比較均勻。

3）除二層及屋面層局部樓板溫度應力大于混凝土抗拉強度標準值（C35，ftk=2.2N/mm2），其他樓層均能滿足溫差作用要求。

結論：

根據上述分析，小結如下：

（1）采用SATWE 、MIDAS對結構進行對比計算分析，各項指標基本接近，均滿足規范要求。結構構件在多遇地震下均處于彈性工作狀態，可保證小震不壞。

（2）通過采用彈性時程分析方法進行多遇地震下的補充計算，可認為采用規范振型分解反應譜法的計算結果進行結構設計是合理可靠的。