通州新北京中心项目8A楼超高层抗震设计

周钢　束伟农　石异　孙鹏　张建良　赵东卓　侯砚

(北京市建筑设计研究院有限公司　北京　100045)



通州新北京中心项目8A楼超高层抗震设计

周钢束伟农石异孙鹏张建良赵东卓侯砚

(北京市建筑设计研究院有限公司北京100045)

新北京中心项目8A楼位于北京市通州区，高度为130.89m的框架-剪力墙结构，属于高度超限结构。文章主要介绍了该办公楼的结构设计要点，并通过弹塑性分析研究了结构在罕遇地震下的受力特点和抗震性能。

超高层建筑;剪力墙;弹塑性;外框柱

E-mail:1992892721@qq.com

1　工程概况

建设地点位于北京市通州区新华北路东约100m，通惠河北侧。8#地块总建筑面积约14.364万平方米，地下建筑面积4.3918万平方米，地上建筑面积9.9721万平方米。9#地块总建筑面积约11.329万平方米，地下建筑面积2.765万平方米，地上建筑面积8.564万平方米。8#地块和9#地块各由两座超高层塔楼及底部裙房组成，地下室层数为4层。8#地块与相邻9#地块地下四层～地下二层被市政环隧分隔，在地下一层两个地块连为一体，地上部分各自分开。本文介绍8A楼结构设计情况。8A楼位置关系见图1、图2，建筑首层平面图见图3。

图1　建筑效果图

图2　建筑总平面图

图3　建筑首层平面图

8A楼长：43.3m、宽：26.5m，层数28层，高度为130.89m，框架-剪力墙结构。地上1～3层为商业，层高为6m、5.1m、5.1m；4层为设备层，层高2.19m；17层为避难层，层高为4.5m；其余为办公，层高为4.5m。8A楼各层剖面高度关系见图4。

8A楼根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中规定的8度区丙类建筑钢筋混凝土框架-剪力墙结构的最大适用高度：A级100m、B级120m[1]。8A楼高度为超B级高度。

结构设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，结构重要性系数取1.0。抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为丙类，设计基本地震加速度值为0.20g。场地类别为III类，特征周期0.42s(剪切波速230m/s内插值)，设计地震分组为第一组。

2　结构设计

2.1设防目标

总体上，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。其中对于底部加强区剪力墙(底部加强区为B1层至F6层)和外框柱按中震设计。确定了如表1所示的抗震设防目标。

表1　抗震设防目标

2.2结构抗侧力体系和抗震等级

(1)采用框架-剪力墙结构。

(2)本工程以地下室顶板(±0.00)作为上部结构的嵌固端。

图4　建筑剖面图

(3)剪力墙抗震等级：地上为特一级；地下一层为特一级；地下二层为一级、地下三层为二级、地下四层为三级。

(4)剪力墙底部加强区为一层至六层，加强区过度范围为七层至十二层。

(5)框架抗震等级为：地下一层至屋顶为一级，地下二层为为二级、地下三层、地下四层为三级。

(6)根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[2],本工程按抗震设防烈度8度要求采取抗震措施。

2.3构造措施

(1)在下部楼层的外框柱子和剪力墙中加设型钢，适当提高框架结构的承载力和延性等措施，提高结构抗震性能；

(2)连梁和框架梁加强构造措施，在跨高比较小的连梁及支撑楼面梁的连梁中增设型钢，提高其变形能力；

(3)控制外框柱轴压比(≤0.65)及墙肢的轴压比(≤0.45)提高结构抗震性能；

(4)加强部位的高度取底部六层，墙体采用约束边缘构造至十二层。

2.4计算措施

(1)进行小震计算，验证构件轴压比、抗剪承载力，保证符合规范要求。

(2)进行中震计算，验证构件轴压比、抗剪承载力，保证符合规范要求和性能化设计目标。

(3)进行大震计算，调整大震阻尼比，考虑楼板刚度退化等，保证主要构件不屈服，满足受剪截面控制的条件。

2.5关键问题极其解决办法

(1)结构采用框架-剪力墙结构，8度最大适用高度为120m(B级)，本工程高度为130.89m(不含女儿墙高度)，超B级高度。采用两个不同力学模型的空间分析程序PKPM-SATWE、和MIDAS进行对比校核计算，检查整体结构各项指标是否满足规范要求。

(2)在双向水平地震作用下，底部加强部位的墙肢，偏压承载力按中震不屈服设计，受剪承载力满足中震弹性和大震下的截面剪应力控制要求。加强部位以上的主要墙肢，受剪承载力满足中震不屈服的要求。墙肢的约束边缘构件延伸至轴压比0.25的高度;底部加强部位墙肢拉应力超过ftk时，构件内设置型钢承担拉力，对拉应力较大(≥1.5 ftk)的主要墙肢，其偏拉承载力按中震弹性设计。

(3)底部加强部位的框架柱，计入多道防线，偏压和偏拉承载力按中震不屈服设计，受剪承载力满足中震弹性的要求；加强部位以上框架柱受剪承载力满足中震不屈服的要求。

(4)在罕遇地震作用下，拟进行静力弹塑性分析，找出结构薄弱部位，并观察结构在罕遇地震力作用下的塑性铰发展趋势。检验结构在罕遇地震下的弹塑性变形满足规范限值1/100要求，保证大震不倒的设防目标。

3　计算结果

3.1静力弹塑性计算结果

在Pushover分析曲线中，结构的能力曲线和罕遇地震需求曲线能够求得性能控制点，性能控制点对应的结构层间位移角小于规范规定的限值。从结构的出铰部位和顺序来看，在设防烈度地震的作用下，结构在一些连梁和剪力墙中出现了塑性铰，但数量不多；在罕遇地震作用下，结构的一部分连梁和剪力墙出现了塑性铰，且一些塑性铰屈服程度较深。但从基底剪力—顶点位移相关曲线上可以看到，整体结构仍处于强化上升的工作阶段，在罕遇地震对应点之后的曲线上升态势还比较明显，如图5所示。故可以说，结构能够经受罕遇地震的考验。

图5　第一主方向pushover分析曲线-大震

结构的出铰顺序和部位如下：

①当结构顶点位移在0.120m(小震位移为105mm)之前，如图6所示，整个结构保持弹性；

②当顶点位移达到0.280m(约相当于中震的水平)时，如图7所示，在塔楼上部连梁及两侧框架梁出现了塑性铰；

③随着侧推的继续，剪力墙塑性铰，连梁塑性铰的数量也逐渐增多；

④当达到罕遇地震性能控制点时，如图8所示，在底部的剪力墙上都出现了塑性铰，部分连梁的出铰程度已经比较深。

图6　顶点位移0.111m时出铰图(结构弹性)

图7　顶点位移0.310m时出铰图(出铰单元比例0.3%)

图8　罕遇地震性能控制点对应时刻出铰图(出铰单元比例9.0%)

4　专家审批意见

2014年1月8日对该项目进行超限高层抗震设防专项审查。审查结论为“通过”，审查意见如下：

(1)同意该工程采用下列抗震性能目标

①本工程设计地震动的参数，中震、大震的设计地震动参数按2010抗震规范采用。

②底部加强部位的框架柱，计入多道防线，偏压和偏拉承载力按中震不屈服复核，受剪承载力满足中震弹性的要求；加强部位以上的框架柱受剪承载力满足中震不屈服的要求。

③底部加强部位的墙肢，偏压承载力按中震不屈服复核，受剪承载力满足中震弹性和大震下的截面剪应力控制要求。加强部位以上的墙肢受剪承载力满足中震不屈服。

(2)设计单位应按下列要求进一步改进

应进一步用多种模型复核框架柱(含剪力墙端柱)多道防线的调整。

[1]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].

周钢(1963.1-),男,高级工程师，主要从事建筑设计方面的工作。

束伟农(1963.6-)，男，教授级高工，主要从事建筑设计方面的工作。

石异(1969.5-),男,高级工程师，主要从事建筑设计方面的工作。

孙鹏(1972.5-),男,工程师，主要从事建筑设计方面的工作。

张建良(1967.11-),男,高级工程师，主要从事建筑设计方面的工作。

赵东卓(1986.8-),男,助理工程师，主要从事建筑设计方面的工作。

侯砚(1982.12-),女,工程师，主要从事建筑设计方面的工作。

Highly-overrun Aseismic Design of Building 8A of New Beijing Center in Tongzhou District

ZHOUGangSHUWeinongSHIYiSUNPengZHANGJianliangZHAODongzhuoHOUYan

(BEIJING INSTITUTE OF ARCHITECTURAL DESIGN ，Beijing 100045)

Building 8A of New Beijing Center is located in Tongzhou district of Beijing. The building has 130.89 meters tall frame - shear wall structure, which is highly-overrun structure. Structure design of the office building is discussed in this article. Mechanical characteristics and seismic behavior of structure when disastrous earthquake occurs are particularly studied through the elastoplastic analysis.

Highly-overrun building; Shear wall; Elastoplasticity; Peripheral column

周钢(1963.1-),男，高级工程师。

2015-11-11

TU973

A

1004-6135(2016)01-0059-04