重庆英利大坪商业中心1号楼超高层结构设计

严 伟，王 豪

(1.中国建筑西南设计研究院，四川成都 610081;2.重庆交通大学土木与建筑学院，重庆 400074)

1 设计基本条件

本项目位于重庆市渝中区大坪七牌坊，该位置地理位置优越，交通发达，为大坪及重庆市区交通枢纽地段。工程总建筑面积约为40.9 ×104m2，其中1号楼塔楼约为7×104m2，地上52 层，建筑总高度209.6 m，地下5 层。裙房高度44.5 m，1 层层高6 m，2、3 层层高5.4 m，4、5 层层高5.1 m，6 层层高5.4 m，7 层层高5.1 m，8～35 层层高3.6 m，其余层高3.9 m。一层大堂局部通高

1.1 工程概况

10.8 m，第21、35 层为避难层，层高为3.9 m。建筑效果图见图1，塔楼标准层结构布置图见图2。

图1 建筑效果

塔楼采用框架－核心筒结构形式(裙房为框架－剪力墙结构形式)，框架柱断面从下部2000 mm×2000 mm 渐变到上部800 mm×800 mm，核心筒墙厚由750 mm 渐变到350 mm，其余剪力墙为200～300 mm 厚。框架柱强度等级为C70～C40，剪力墙混凝土强度等级为C60～C50。墙柱钢筋均为Ⅲ级钢筋。结构抗震等级:剪力墙、框架均为二级。

1.2 地基与基础

塔楼共设有5 层地下室，基础设计等级为甲级。基础持力层选为中风化砂质泥岩层，地基承载力特征值为3080 kPa。核心筒采用钢筋混凝土筏板基础，筏板混凝土强度等级为C40;柱采用柱下钢筋混凝土独立基础，混凝土强度等级为C50。其中基础埋置深度为18.9，埋深/总高度=18.9/209.6=1/11.09，大于规范的1/15 埋深要求，能满足稳定性要求。

1.3 地震作用与风荷载［1］

重庆地区抗震设防烈度为6度，基本地震速度为0.05 g，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类。结构构件抗震等级:地下室－2 层框架为三级，地下室－3 层和－4 层框架为四级，其余框架和筒体为二级。该工程设计反应谱采用规范反应谱曲线。计算地震作用时采用的重力荷载代表值包括1.0 恒载+0.5 活载。采用振型分解反应谱法计算地震作用，按CQC 法组合，并采用时程分析法补充计算。考虑隔墙对结构刚度的影响，周期折减系数取为0.9，中震、大震计算时周期不折减。

按100年重现期考虑风荷载，其基本风压为0.45 kN/m2。地面粗糙度C 类。

图2 塔楼标准层结构平面

2 结构方案及上部结构设计

2.1 结构方案及结构体系的选用［2］

该办公楼为B 级高度框架－核心筒结构，裙楼平面尺寸为:塔楼平面尺寸长宽为41.4 m×38.6 m，框架柱与筒体外墙的轴线尺寸约为11.15 m。从嵌固端算起塔楼高宽比5.43，核心筒体高宽比约为12.55。塔楼除2 层楼面开洞较大外，其余楼层楼面完整，平面内刚度较大。考虑到塔楼高宽比较大，计算中均考虑了P－△效应。活荷载折减系数按《建筑抗震设计规范》(GB 50011－2010)(简称《抗规》)的规定考虑。计算模型中考虑到该结构风荷载起控制作用连梁刚度不折减。按照我国抗震规范的要求，考虑了偶然偏心的影响，以检验楼层扭转位移比是否满足规范要求。

取地下吊层(－1 层底板)为上部结构嵌固端，地下室结构的楼层侧向刚度与首层侧向刚度比大于2，满足作为上部结构嵌固的条件。结构抗震性能分析模型取嵌固端以上，结构设计模型取含地下室的整体模型。

2.2 结构加强措施［3］

结构平面的加强措施:(1)－1 层底板为计算嵌固层，应对该层加强，取板厚180 mm，双层双向配筋，配筋率不小于0.25%;(2)2 层楼板建筑开大洞，板厚150 mm，配筋率不小于0.3%;3 层楼板板厚150 mm，配筋率不小于0.25 %，以上1～3 层楼板均双层双向配筋;(3)裙楼楼面板厚取150 mm，双层双向通长配筋;(4)对穿层柱在计算和构造上作必要的加强，计算上穿层柱的底部剪力按非穿层柱取值。构造上加大穿层柱的截面和配筋，并采用通高箍筋加密。

结构竖向的加强措施:(1)核心筒角部沿建筑全高设置约束边缘构件，增加墙体边缘构件和分布筋的配筋率，以提高墙柱延性，减小混凝土的徐变及收缩变形;(2)严格控制框架柱和底部加强区核心筒墙体的轴压比，全部剪力墙轴压比控制在0.5 以内，柱轴压比控制在0.75 以内;(3)框架柱在底部加强区范围设置芯柱，以增加框架柱子的延性;(4)核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，在墙内设置扶壁柱，以减轻平面外弯矩对墙体的影响。

3 结构弹性计算结果

3.1 小震弹性分析

小震弹性阶段分别采用SATWE 和ETABS 软件计算分析。SATWE 采用空间杆单元模拟梁、柱等杆件，用在壳单元基础上凝聚而成的墙单元模拟剪力墙;ETABS 程序的计算模型采用空间杆单元模拟梁、柱等杆件，并考虑杆单元的剪切变形、轴向变形、弯曲变形和扭转变形。剪力墙采用壳单元，楼板采用膜单元。两种程序分析出的结构反应特征、变化规律基本吻合，平动周期较长，说明结构较柔，扭转周期较小，只有平动周期的一半，说明结构具有较强的抗扭刚度。主要振型的周期计算结果见表1。

表1 主要振型周期

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3－2002)(简称《高规》)，按地震剪力与层间位移比算法计算层刚度比，所有楼层侧向刚度均大于相邻上一层的70 %，也均大于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80 %，无软弱层存在，满足规范要求。根据《高规》，计算楼层层间抗剪承载力与相邻上一层的比值，楼层抗剪承载力比(本层/上一层)如图3 所示。

图3 抗剪承载力比

楼层抗剪承载力较为均匀，所有楼层抗剪承载力比均大于0.75，且均不小于0.8，满足规范要求，无薄弱层存在(计算时没有考虑剪力墙中加强配筋的贡献)。

塔楼在地震作用下框架承担的倾覆弯矩小于结构总地震倾覆弯矩的50%，如图4 所示。

结构整体稳定性分析结果见表2。由表中结果可知，结构在两个主方向刚重比均大于1.4，满足《高规》的整体稳定验算的要求;但是刚重比小于2.7，结构计算中应考虑重力二阶效应。

图4 倾覆弯矩分配

表2 结构刚重比计算结果

双向地震作用下和风荷载作用下最大层间位移角计算结果见表3，均满足小于规范限值1/620 的要求。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件最大水平位移(层间)与楼层平均位移(层间位移)之比如表4 所示。主塔楼最大位移比和最大层间位移比最大值为1.20，满足规范要求。

表3 结构最大层间位移角计算结果

表4 结构最大位移比

3.2 弹性分析小结

(1)ETABS 及SATWE 软件分析的各项指标基本一致;

(2)计算结果表明，风荷载作用是结构的控制因素，小震不起控制作用;

(3)从弹性分析结果来看，结构具有合适的刚度，满足各种工况下的计算要求，符合工程经验及力学概念所做的判断，结构是安全、合理的，计算结果满足规范要求。

4 结构弹性动力时程分析

4.1 多遇地震下弹性时程分析与反应谱分析底部剪力对比

按照《抗规》要求采用2条天然波和1条人工波进行弹性时程补充分析，按双向地震时程分析法进行了多遇地震下的补充计算，并与弹性反应谱分析进行了对比，进一步验证了弹性分析结果的正确性，保证了结构设计的可靠性、安全性。3 组地震波的反应谱与CQC 反应谱的对比如图5 所示。由图5可见，该3 组地震波的反应谱与CQC 反应谱基本吻合，3 组时程曲线的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采取的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

图5 选定地震波的反应谱与CQC 反应谱比较

表5 列出了多遇地震弹性时程分析所得结构底部剪力峰值与按照《抗规》地震动参数进行反应谱分析所得的底部剪力的对比情况，可见单组地震波输入所得的底部剪力峰值均在CQC 反应谱法的80%～110%之间，3 组地震波结果的平均值与反应谱法结果之差在20%以内。综上所述，该3 组可作为时程分析的代表性输入地震波。

4.2 时程分析与反应谱分析结果对比

多遇地震时程分析时地震波主分量峰值统一取为18 cm/s2。3 组地震波时程分析结果的平均值(楼层位移、层间位移角、楼层剪力和倾覆弯矩)与CQC 法的结果较接近。X为主向时，3 组地震波时程计算所得的结构最大层间位移角包络值为1/2014，Y为主向时，该值为1/1868，均小于按照规范规定计算所得限值1/620。

表5 时程分析与反应谱分析底部剪力计算结果

多遇地震作用下结构、构件的设计均取时程分析和反应谱方法的较大值，对反应谱方法的计算结果采用全楼地震力放大的方法来调整楼层地震剪力，最终计算结果均能满足规范要求。

5 罕遇地震作用下结构计算分析

采用PKPM－EPDA 软件对罕遇地震作用下结构非线性地震反应进行计算分析，对结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行评价，以论证结构能够达到“大震不倒”这一抗震性能目标。

地震波输入采用3 组两向地震波(1 组人工波、2 组天然波)，地震波强度比按X∶Y=1∶0.85 确定地震波主分量加速度峰值取125 cm/s2。

计算结果最终显示:(1)结构的最大弹塑性位移角分别1/305(X 向)和1/267(Y 向)，能满足规范要求;(2)结构钢筋混凝土核心筒的连梁多数均产生了塑性铰，耗散了相当一部分地震输入能量，核心筒墙体的屈服集中发生在底部若干层，形成较强的耗能能力，核心筒较好地发挥了第一道抗震防线的效能;(3)作为第二道防线的钢筋混凝土框架始终保持在弹性受力阶段，较好地发挥了第二道防线的作用。

6 结束语

弹性及弹塑性分析结果表明:通过选用的结构体系和结构布置及所采取的构造措施等，该工程结构设计达到了工程的抗震性能目标，各项性能指标均符合国家规范要求，结构设计安全、可行，并通过了重庆市专家组超限审查。

［1］GB 50011－2010 建筑抗震设计规范［S］

［2］JGJ 3－2002 高层建筑混凝土结构技术规程［S］

［3］刘大海，杨翠如.高楼结构方案优选［M］.西安:陕西科学技术出版社，1992