南京金融城二期A4樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李均

南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司 江蘇 南京 210000

1 工程概況

金融城二期項(xiàng)目位于南京市建鄴區(qū)南部，西貼江東南路、南鄰江山大街、北靠金沙江東街。項(xiàng)目分為A區(qū)和C區(qū)，A區(qū)總建筑面積387093m2，其中地上207751m2，地下179342m2，地上八棟建筑單體，A1~A4為高層建筑，A5~A8為多層商業(yè)建筑。本文所述A4建筑功能為公寓，建筑面積51557m2。

A4樓長(zhǎng)42m，寬42m，結(jié)構(gòu)高度145.1m，地上36層，地下5層，5層大底盤地下室采用地下連續(xù)墻作為支護(hù)和地下室外墻。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

依據(jù)規(guī)范：《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010[1]（簡(jiǎn)稱抗震規(guī)范）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012[2]（簡(jiǎn)稱荷載規(guī)范）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010[3]（簡(jiǎn)稱高規(guī)）等。

結(jié)構(gòu)恒荷載按實(shí)際取值，由程序自動(dòng)計(jì)算墻柱梁板自重，建筑面層、隔墻、大型設(shè)備均按實(shí)際重量計(jì)算。活荷載按荷載規(guī)范輸入計(jì)算。

根據(jù)荷載規(guī)范，南京地區(qū)重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓值為0.40 KN/m2，地面粗糙度類別B類，風(fēng)荷載體型系數(shù)1.5（考慮相互干擾放大）。結(jié)構(gòu)位移指標(biāo)按50年重現(xiàn)期風(fēng)壓值計(jì)算；結(jié)構(gòu)承載力均按1.1倍基本風(fēng)壓值計(jì)算。

根據(jù)抗震規(guī)范，本項(xiàng)目所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，水平地震影響系數(shù)最大值0.08，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。根據(jù)勘察報(bào)告，本項(xiàng)目場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地土特征周期為0.45s。

3 結(jié)構(gòu)體系

A4樓結(jié)構(gòu)共36層，總高145.1m，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，在29層112.5m開始偏心收進(jìn)，上部形成框架剪力墻結(jié)構(gòu)。底層框架柱截面尺寸為12000x1800mm，向上逐步收減截面尺寸至800x1600mm，框架梁一般截面尺寸500x700mm。底層剪力墻厚為600mm，向上逐步收減截面尺寸至400mm。上部結(jié)構(gòu)以地下室頂板為嵌固端。

4 結(jié)構(gòu)超限情況及應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)抗震規(guī)范、高規(guī)及《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》（建質(zhì)[2015]67號(hào)）[4]的有關(guān)條文，結(jié)構(gòu)單體存在以下超限情況，屬多項(xiàng)不規(guī)則的超限高層建筑。

1）高度超限：A級(jí)高度鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)體系的最大高度為130m，本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)總高度為145.1m，超限11.6%，未超B級(jí)高度。

2）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，本工程Y向位移比最大1.40，超過規(guī)范限值1.2。

3）偏心布置：由于主樓28層以上建筑體型偏心收進(jìn)，剪力墻偏于一側(cè)，造成偏心距大于0.15，最大為0.42。

4）側(cè)向剛度不規(guī)則：由于建筑功能要求以及立面變化，在28層形成豎向體型收進(jìn)，不滿足高規(guī)第3.5.5條的要求。

針對(duì)以上超限內(nèi)容采取的措施：

1）設(shè)計(jì)中采用兩種不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力和位移計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析、靜力彈塑性分析，以滿足規(guī)范在計(jì)算分析方面的要求。

2）對(duì)于體型收進(jìn)，對(duì)突變部位樓板及其上、下層樓板采取構(gòu)造加強(qiáng)。相連部位框架柱抗震等級(jí)由一級(jí)提高為特一級(jí)，適當(dāng)提高其配筋率，并且全高箍筋加密；剪力墻設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

3）進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)，抗震性能目標(biāo)C級(jí)。核心筒底部加強(qiáng)區(qū)抗彎承載力按中震不屈服設(shè)計(jì)，抗剪承載力按中震彈性設(shè)計(jì)，大震下滿足截面控制要求。并設(shè)置過渡區(qū)，抗剪承載力按中震不屈服設(shè)計(jì)，約束邊緣構(gòu)件配筋考慮合理過渡。底部加強(qiáng)區(qū)框架柱承載力按中震不屈服設(shè)計(jì)。體型收進(jìn)部位上下兩層剪力墻及周邊豎向構(gòu)件承載力按中震不屈服設(shè)計(jì)，抗剪承載力按中震彈性設(shè)計(jì)。

5 計(jì)算分析

5.1 小震彈性分析

采用SATWE軟件和MIDAS軟件進(jìn)行小震對(duì)比分析，計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算的主要參數(shù)

結(jié)構(gòu)第一平動(dòng)周期3.07s，第一扭轉(zhuǎn)周期2.37s，周期比0.77，滿足高規(guī)小于0.85的要求。有效質(zhì)量系數(shù)X向95.44%，Y向96.42%滿足規(guī)范不小于90%的要求。

多遇地震作用下樓層最大位移角為1/865，滿足規(guī)范要求（1/800）。

在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移與該樓層位移平均值比值最大1.40，滿足高規(guī)第3.4.5條規(guī)定（不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.4）。

地震作用下，X向各層剪重比均滿足規(guī)范要求，Y向1~6層剪重比略小于規(guī)范要求，程序計(jì)算時(shí)已按照規(guī)范要求放大地震剪力。

各樓層層間受剪承載力比值及樓層上下剛度比均能滿足規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)剛重比，X向3.93、Y向5.23，均大于1.4，滿足高規(guī)第5.4.4條的整體穩(wěn)定要求，但需考慮重力二階效應(yīng)，兩種程序計(jì)算時(shí)均考慮P-Δ效應(yīng)。

底層普通砼柱軸壓比最大值0.76，超過規(guī)范限值，為控制砼柱截面尺寸，采用C12@100復(fù)合箍筋全高加密的方法解決。剪力墻軸壓比最大值0.37，滿足規(guī)范要求。

兩種不同的力學(xué)分析軟件計(jì)算結(jié)果基本一致，表明模型計(jì)算結(jié)果可信。

從線彈性分析結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)的周期和剛度均在合理范圍內(nèi)，滿足規(guī)范各種指標(biāo)的控制要求。兩種軟件的反應(yīng)譜分析結(jié)果之間具有一致性和規(guī)律性，符合工程經(jīng)驗(yàn)及力學(xué)概念所做的判斷，X向和Y向結(jié)構(gòu)剛度相近結(jié)構(gòu)是合理的，計(jì)算結(jié)果除了抗震方面的要求均滿足現(xiàn)行國家規(guī)范及規(guī)程外，其它各項(xiàng)要求也滿足現(xiàn)行國家規(guī)范及規(guī)程的要求。

5.2 多遇地震彈性時(shí)程分析

本項(xiàng)目采用SATWE進(jìn)行彈性時(shí)程分析，做為反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的校核，保證結(jié)構(gòu)安全可靠。

地震波采用的5組天然波及2組人工波，7條地震波的平均值與CQC反應(yīng)譜對(duì)比見表2。

表2 時(shí)程分析與CQC基底剪力比較

根據(jù)7條地震波地震樓層剪力的平均值與CQC樓層剪力的比較，上部結(jié)構(gòu)X向11~19層需將CQC地震剪力放大1.10，36層需放大1.16，Y向13~18層需將CQC地震剪力放大1.05。

5.3 結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)

根據(jù)抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)的特殊性、建造費(fèi)用、震后損失和修復(fù)難易程度等因素綜合考慮，將該結(jié)構(gòu)整體性能目標(biāo)等級(jí)定位C級(jí)，各構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)性能目標(biāo)見表3。

表3 構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)性能目標(biāo)

5.4 底部墻肢拉應(yīng)力控制（中震）

本樓筒體在中震雙向地震作用下，底層周圈多數(shù)墻肢拉應(yīng)力均大于于1.0Ftk，2~5層均有部分墻肢拉應(yīng)力大于1.0Ftk，各層墻肢拉應(yīng)力均不大于2.0Ftk。收進(jìn)部位（29~31層）也有部分墻肢拉應(yīng)力大于1.0Ftk。墻肢設(shè)計(jì)時(shí)在底部加強(qiáng)區(qū)及其上一層（1~5層）、收進(jìn)部位（29~31層）剪力墻中設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力。中震時(shí)出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件按《高規(guī)》中規(guī)定的特一級(jí)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.5 結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析

為驗(yàn)算結(jié)構(gòu)薄弱層的彈塑性變形，采用符合實(shí)際荷載分布的彈性CQC地震力荷載在剛度相對(duì)薄弱方向X向（0度）上進(jìn)行推覆，得到小震和大震性能點(diǎn)指標(biāo)，X向最大位移角為1/138，小于規(guī)范限值1/100要求。

表4 小震性能點(diǎn)指標(biāo)與反應(yīng)譜分析比較

表5 大震性能點(diǎn)指標(biāo)與反應(yīng)譜分析比較

6 結(jié)論

1）通過兩種不同力學(xué)模型的分析軟件進(jìn)行對(duì)比分析，兩個(gè)軟件的分析結(jié)果一致，誤差在5%之內(nèi)，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)建模和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，表明計(jì)算結(jié)果是正確可信的。

2）通過對(duì)結(jié)構(gòu)體型及計(jì)算結(jié)果的分析，確定合適的抗震性能目標(biāo)，獲得較好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3）按照預(yù)期性能化目標(biāo)對(duì)各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，使得各構(gòu)件均可達(dá)到抗震性能化設(shè)計(jì)在中震和大震下的各項(xiàng)要求。