某科研办公楼超限高层结构设计

张兆超 韩振林 张继合

(山东省建筑设计研究院，山东 济南 250001)

某科研办公楼超限高层结构设计

张兆超 韩振林 张继合

(山东省建筑设计研究院，山东 济南 250001)

采用SATWE和PMSAP两种软件，对某抗震超限高层进行了整体分析，补充计算了多遇地震作用下的弹性时程，并对特殊部位进行了中震弹性计算分析和中震不屈服验算，结果表明该建筑结构整体指标良好，能满足规范的各种要求。

超限高层，结构体系，弹性时程分析，地震作用

1 工程概况

本工程位于山东省济南市，由高层主楼和多层裙房组成。该项目总建筑面积54 688.05 m2，其中地上建筑面积41 017.25 m2，地下建筑面积13 670.80 m2。本工程地下部分为2层，地上部分由6层裙房和23层主楼两部分组成。首层室内外高差为0.60 m，地下2层层高为4.90 m，地下1层层高为6.50 m，地上1层层高为5.95 m，2层层高为4.80 m，3层～23层层高为4.20 m，结构高度为99.55 m。

地下部分不设变形缝，整个工程连为一体，上部结构通过一道防震缝(缝宽为200 mm)将主楼和裙房分为两个独立的结构单元，主楼结构平面的外包尺寸均为44.90 m×45.36 m。±0.000为室内1层楼面标高，相当于绝对标高+50.60 m(黄海高程)。建筑效果图见图1。

工程结构设计使用年限为50年，结构设计安全等级为二级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。设计地震分组为第三组，建筑场地类别为Ⅱ类，规范反应谱特征周期为Tg=0.45 s。多遇地震作用下的水平地震影响系数最大值为0.04，基本地震作用下的水平地震影响系数最大值为0.12,结构阻尼比为0.05。弹性时程分析时输入地震加速度的最大值为18 cm/s2。基本风压应按50年重现期的风压值采用，基本风压值w0=0.45 kN/m2，地面粗糙度类别按B类。

2 结构体系与布置

主楼中部利用电梯间形成的交通核心设置剪力墙而成为剪力墙筒体，同时，为减小由于筒体偏置于北侧而导致刚度中心与质量中心之间的偏心，主楼南侧局部设置剪力墙形成具有多道抗震防线的钢筋混凝土框架—核心筒结构体系，保证了整个建筑物的抗震和抗风性能。主楼结构高宽比为2.22，长宽比为1.01，满足规范要求。混凝土剪力墙的厚度核心筒外墙自下部的400 mm变化至上部的300 mm，核心筒内墙自下部的300 mm变化至上部的200 mm；剪力墙及框架柱混凝土强度等级自下部的C60变化至上部的C30，框架柱混凝土强度与截面的缩小分层进行，以保证结构自下而上刚度的均匀变化。剪力墙的抗震等级为二级，框架的抗震等级为三级。主楼的楼盖采用主次梁体系，各楼层的楼板均采用现浇钢筋混凝土楼板，板厚一般为120 mm，在部分特殊部位的楼板进行了加厚、加强处理。标准层结构平面布置图见图2。

3 结构超限类别和要求

主楼的结构高度均为99.55 m，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]中A级高度钢筋混凝土高层建筑关于高度方面的有关规定，高度不超限。

本工程非大跨结构，也不存在转换层、加强层、错层、连体等复杂高层情况。另外，由于地面以上通过设置防震缝将主楼和裙房分为完全独立的两个结构单元，不存在多塔情况。但是，本工程存在局部的穿层柱、斜柱，以及考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2的问题，主楼达到三项不规则情况，为抗震超限高层[3]。此外，由于建筑立面和平面布局限制，外围框架在东北角和西南角缺角柱和角部楼板，且框架梁无法连通，导致结构空间整体性较差。针对不规则情况，本工程底部加强区高度范围剪力墙截面抗剪、穿层柱、轴及⑤轴角柱满足中震弹性要求，对于底部加强区高度范围剪力墙连梁抗剪而言，则控制其在基本地震作用下不发生屈服。

4 计算分析

4.1 小震弹性反应谱分析

小震弹性反应谱分析采用SATWE和PMSAP软件，具体设计时取两个软件的计算结果进行比较，取其不利者作为结构构件设计的依据。仅考虑水平地震作用，不考虑竖向地震作用。地震作用计算时采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解方法，并考虑偶然偏心和双向地震的影响。以地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，将上部结构分为主楼和裙房两个独立的结构单元分别建立模型进行结构计算与分析。主要分析结果见表1，计算结果均差别不大，各项指标满足规范要求。计算振型数为15个，其中前6阶振型见表2，可以看出，两种软件计算的结构主要周期差别不大，可以采信；结构周期比Tt/T1，SATWE计算为0.83，PMSAP计算为0.84，均满足A级高度高层建筑限值的规定。

表1 小震弹性反应谱分析的主要计算结果

表2 前6阶振型结果

4.2 小震弹性时程计算分析

地震波采用两组实际强震记录TH3TG045，TH4TG045和一组人工模拟地震波RH2TG045，输入SATWE软件进行弹性时程分析。所采用3组地震加速度时程曲线均满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间[1]。分析结果见表3。

表3 小震弹性时程分析的主要结果及与反应谱法的对比

从表3中可以看出，时程分析时，每条时程曲线计算所得X向、Y向的结构底部剪力均分别大于振型分解反应谱法结果的65%；3条时程曲线计算所得X向、Y向的结构底部剪力的平均值

均相应大于振型分解反应谱法结果的80%，所选3组地震波满足规范要求。

4.3 中震弹性分析和中震不屈服分析

为控制结构在基本地震作用下的抗震性能，利用SATWE对底部加强区高度范围剪力墙截面抗剪、穿层柱、轴及⑤轴角柱进行中震弹性计算分析；同时，对底部加强区高度范围剪力墙连梁抗剪进行中震不屈服计算分析。计算结果表明，上述竖向构件可以满足中震弹性要求，底部加强区高度范围剪力墙连梁抗剪可以满足中震不屈服要求，可以保证结构在基本地震作用下的抗震性能。

4.4 斜柱受力分析

在本工程东南角地上1层～6层有3颗斜柱，3颗斜柱与z轴的夹角均小于20°。在弹性楼板假定条件下，对斜柱受力情况及其对楼层梁和剪力墙核心筒的影响进行了计算分析，结果表明，与斜柱相连的框架梁和周边楼板出现轴向力，在设计中应引起重视，梁按偏拉构件进行计算配筋，斜柱和与之相连的框架梁抗震等级提高一级。

4.5 抗震构造加强措施

针对本工程的具体特点与结构超限情况，在设计中主要采取以下技术措施：

1)按规范要求从严控制底部加强区的剪力墙及框架柱的轴压比，并适当加大底部加强区范围剪力墙的构造配筋率、适当加大穿层框架柱及平面凹角处框架柱的配筋率和配箍率并全高加密箍筋。2)加强斜柱相连方向框架梁的构造，适当增加该方向框架梁的腰筋和通长钢筋的数量。3)按规范严格控制周期比、位移比、刚度比、位移角等规范指标要求。4)某些特殊部位的楼板进行加厚加强处理，如下：a.地下室顶板板厚取180 mm，楼层部分大洞口周边楼板厚度加厚为150 mm，配筋计算时将该层楼板设为弹性板进行结构整体计算，楼板配筋采用通长配筋并适当加大配筋率处理。b.与斜柱相连的板配筋计算时将各层楼板设为弹性板进行结构整体计算，楼板配筋采用通长配筋并适当加大配筋率处理。与之相连的梁按偏拉构件计算，严格控制裂缝，并考虑长期刚度的影响。

5 结语

针对本工程的特点和结构超限情况，采用了两种软件进行比较分析，对多遇地震作用下进行了弹性时程的补充计算分析，并对特殊部位进行中震弹性计算分析和中震不屈服验算，结果表明结构整体指标良好，能够满足规范的各种要求。在特殊部位均进行了计算或构造加强处理，以确保结构的整体性能和抗震目标的实现。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 建设部建质[2010]109号，超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[Z].

Design of the super high-rise building structure of the scientific research office building

Zhang Zhaochao Han Zhenlin Zhang Jihe

(ShandongAcademyofBuildingDesign,Jinan250001,China)

The paper carries out integral analysis for the anti-seismic super high-rise building by applying SATWE and PMSAP software, supplemental calculates its elastic time-history under the earthquake, and carries out medium-size seismic elastic calculation analysis and medium-size seismic unyielding calculation for special parts. Results show that its integral index is good, which can meet demands.

super high-rise building, structural system, elastic time-history analysis, seismic action

1009-6825(2017)01-0057-02

2016-10-27

张兆超(1984- )，男，工程师； 韩振林(1972- )，男，高级工程师； 张继合(1981- )，男，高级工程师

TU973

A