深圳某公寓塔楼结构抗震设计

彭俊伟

摘 要：文章对深圳某公寓塔楼的结构抗震设计进行设计时采用ETABS、SATWE 软件进行整体计算，补充了弹性时程分析分析、结构性能化设计，确保结构的安全使用。

关键词：结构设计；基础；超长地下室；塔楼

1 工程概况

该项目工程位于深圳，塔楼总建筑面积为56000m2。标准层尺寸为40.9m×32.5m。塔楼地上42层，第1～5层为商业配套使用，20层及35层为避难设备层，其余楼层主要功能为住宅公寓；地下4层，主要功能为商业、停车库及设备用房，建筑高度为192.700m。

根据规范，本工程的设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，结构重要性系数γo=1.0。抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为7度。设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。设计基本地震加速度值为0.10g，多遇地震水平地震影响系数最大值为0.08，反应谱特征周期Tg=0.35秒，阻尼比为0.05。根据地震安全性评价报告，小震规范反应谱小于安评报告提供的反应谱。因此，小震设计采用安评报告提供反应谱进行计算分析，中震、大震参数仍按照规范取用。

2 结构选型与布置

2.1 基础类型。根据本工程岩土工程勘察报告，主要为竖向承压控制，本工程采用人工挖孔桩基础，桩端持力层为中风化花岗岩层，入岩深度2.0m，桩端持力层天然湿度单轴抗压强度为18MPa。桩长约为9.5m～18.5m。

2.2 地下室结构。地下室核心筒底板厚3000mm，非核心筒区域底板厚1000mm，侧壁厚度为600～800mm，顶板采用普通钢筋混凝土梁板楼盖。

2.3 上部结构体系。由于本工程所处地区风荷载较大并起主导作用，因此满足提高结构的抗侧刚度是关键，所以综合考虑，本工程采用框架-核心筒结构体系。

外框架体系将作为有效承重体系，大部分竖向荷载通过轴力的方式向下传送，而混凝土核心筒除了承受竖向荷载外，其主要功能是提供了强大的抗侧力刚度。外框柱采用型钢混凝土柱，提高了外框架的延性，同时提高承载力，有效的减小了截面尺寸，提高了建筑使用效率。

3 结构整体计算

根据规程要求，体型复杂、结构布置复杂的高层建筑结构，应至少采用两个不用的结构分析软件进行整体计算。本工程采用SATWE 和ETABS 分别进行计算。经计算、对比两个结构模型的总质量、振型、周期、基底剪力等主要指标，ETABS 与SATWE 两个程序的计算结果基本吻合。

从表1的比较结果可见，计算结果较为接近，结构的主要振型以平动为主，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比均小于0.85，满足《规程》的要求。

计算结果表明，各楼层最小剪重比X方向为1.20%，Y方向为1.20%。满足规范要求。

4 时程分析

地震动地面加速度时程曲线从安评报告相关部门提供的人工模拟曲线及地震波数据库（二类场地Tg= 0.35～0.40s）的实际记录时程曲线中挑选，这些时程曲线相对应的反应谱曲线（阻尼比为0.05）与安评报告提供的场地反应谱的对比如下图所示。这此时程曲线经小震分析后所得的小震下（63%超越概率）的基底剪力与振型分解反应谱法所得的基底剪力对比如下表所示。地震波的峰值加速度取值为35cm/s2（小震）。

根据《抗震规范》采用时程分析法，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线。本工程采用1条人工波加2条天然波（双向记录）对结构进行时程分析。

时程计算结果表明：（1）通过地震波时程分析并规范谱对比，表明地震波的选取满足规范关于基底剪力的要求。（2）由于反应谱不能考虑高阶振型的影响，局部楼层时程分析得到的地震力大于反应谱结果，故对顶部的地震力进行放大处理。

5 性能化设计

综合考虑本工程地处7度区，且为超B级超限高层建筑，设定其结构总体按性能目标为C级。

中震阶段的内力计算采用弹性方法，用SATWE 分别进行中震弹性设计、中震不屈服设计。经过对外框柱进行承载力分析，分析表明底部加强区的外框柱满足中震弹性的要求，非底部加强区的外框柱满足中震不屈服的承载力要求。外框柱在中震作用下不存在拉力。剪力墙构件底部加强区满足中震抗拉不屈服、抗剪弹性要求，剪力墙无需配置型钢。

大震阶段的内力计算采用等效弹性方法，用SATWE 进行大震不屈服设计。大震不屈服设计结果表明：在大震作用下，外框柱未开裂，满足性能化要求，墙体通过墙内钢骨的调整，基本满足大震墙体抗拉、抗剪性能设计要求。

综合上述分析结果，本工程结构构件的抗震性能水准可达到预期的目标。

6 加强措施

结构除了高度超限，其它不规则性整体不超限，因此核心筒可采用一级抗震等级，外框柱采用一级抗震等级。同时对底部加强区的关键竖向构件进行抗弯中震不屈服和抗剪中震弹性设计。最后对底部剪力墙进行大震的受拉受剪复核，以保证大震不倒的目标。

核心筒在底层厚度为900mm，底部加强区使用型钢混凝土剪力墙，增加延性及满足轴压比要求。对底部加强区的关键剪力墙构件进行中震不屈服验算，提高在中震作用下的抗拉及抗剪性能。

针对外框柱，除了满足一级抗震等级的构造，同时保证大、中震达到较高的性能要求。在小震组合设计时还应满足0.2V0的框架剪力调整，经调整后，外框柱的承载力进一步提高。

针对连梁，连梁构件是重要的耗能构件，设置钢骨会使连梁的耗能性能减弱，因此设置连梁钢骨的准则：保证风荷载作用下连梁构件不超筋，同时由于地震作用的引起超筋，连梁可以不专门设置钢骨。

7 结语

本工程采用框架-核心筒结构，经计算分析、合理设计，结构可达到C 级抗震性能目标。

参考文献

[1] GB50223-2008，建筑工程抗震设防分类标准[s].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[s].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] GB50011-2010，建筑抗震设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2010.