安庆新城吾悦广场A/B塔楼结构设计

陈永辉

摘 要：安庆新城吾悦广场A/B塔楼，每栋建筑面积为61200m2，高度149.7m。框架-核心筒结构，层高大，挑高部分设有夹层。属于超限结构，按照超限专家意见，进行了性能化设计。通过小震计算、小震弹性时程补充计算、中震弹性及大震不屈服计算、静力弹塑性计算等，证明了结构设计的可靠性。

关键词：结构设计；超限；小震；中震弹；大震不屈

1 工程概况

安庆新城吾悦广场位于安庆市迎江区，北面为市级公园大湖风景区，西面为传统商业街人民路，南面靠近长江。建设用地分为南、北两个部分。A/B塔楼位于北地块，北地块由大型商业和住宅两个部分组成，占地面积28736m2，总建筑面积341400m2。其中：地上总建筑面积为263419m2，地下总建筑面积为77981m2。A/B塔楼每栋塔楼建筑面积为61200m2。拟建1、2、3、4四个商业区和A、B、C三栋塔楼，其中A/B塔楼29层，高度为149.65m，；C塔楼98.4m；1、2、3、4四个商业区为三层、四层的商业体，高度分别为14.7m、21m。四个商业区及C塔楼为规则结构，C塔楼属A级高度钢筋混凝土高层建筑；A/B塔楼属B级高度钢筋混凝土高层建筑。

2 结构特点

A/B塔楼地上29层，地下2层，建筑物总高度149.65米。负二层层高5.2m，负一层层高6.1m，一层层高5.7m，二、三、四层层高5.1m，五层（设备层）层高3.6m，十、二十层（避难层）层高3.6m，其余楼层层高5.35m，在层高为5.35m楼层中部有局部夹层，层高分别为2.7m及2.65m，塔楼布置见图1。

3 地质情况

场地内岩土层自上而下依次为：①层杂填土、②淤泥质粉质粘土、③层粉质粘土、④层含圆砾粉质粘土 、⑤层中粗砂、⑥层强风化泥质砂岩，⑦层中风化泥质砂岩1。

4 基础设计

A/B塔楼主楼采用满堂桩加承台基础， 地基基础设计等级为甲级。桩基采用泥浆护壁成孔灌注桩，以⑦层中风化泥质砂岩作为桩端持力层。桩身桩径1.0m，单桩竖向载力特征值为4750kN，承台厚2500。基础图见图2。

5 上部结构设计

A/B塔楼采用框架核心筒结构体系，填充墙的砌体采用蒸压加气混凝土砌块，其强度等级为A3.5（A5.0），砌筑砂浆为M5.0专用砂浆。主要构件尺寸见表1。

建筑物抗震设防烈度7度，设计地震分组第一组，场地类别Ⅲ类。抗震设防类别丙类。剪力墙的抗震等级一级、框架的抗震等级一级。核心筒内板、外板厚均取120mm。

6 结构超限情况

A/B塔楼为框架-筒体结构，高度149.65m，属于超A级高度的建筑。通过计算，X向最大位移与平均位移比1.24（二层）、Y向最大位移与平均位移比1.37（二层），并有多层位移比>1.2，故结构属于扭转不规则；夹层局部无楼板，属于楼板不连续。

设计中，挑高部分的夹层，采用楼层立小柱支撑夹层结构的做法，避免了建筑物上下层刚度的突变带来的结构竖向不规则。

纵上所列，除2项不规则外，结构体型无其它不规则项，结构属于规则结构。

7 结构抗震性能目标

A/B塔楼为超规范A级高度，不超B级高度的高层建筑，结构不规则项较少，拟建场地地基土工程性质较好。综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构本身特点、建造费用和修复难易程度等因素，根据《高规》对抗震性能目标的划分，A/B塔楼的抗震性能目标定为D类。

底部加强区外框剪力墙、框架柱、穿层柱为关键构件。关键构件设计目标为中震抗剪截面弹性、抗弯不屈服；大震抗剪、抗弯不屈服。

其余竖向构件在中震下容许个别构件屈服，大部分竖向构件的受剪截面满足弹性控制条件。在大震下较多构件允许屈服，但同一楼层还有部分构件不屈服。且竖向构件抗剪截面满足控制条件。

8 多遇地震及风荷载作用下弹性分析

分别采用SATWE及YJK 两种三维空间结构分析程序进行计算比较，按振型分解反谱法进行抗震计算及弹性時程补充分析计算。周期及周期比见表2，地震作用下位移角见表3，弹性时程分析主要结果见表4。

9 设防烈度地震验算分析

根据设防烈度地震作用下的抗震性能目标的要求，进行中震弹性、中震不屈服分析，以确定结构在中震作用下的抗震性能。根据计算发现底部加强部位剪力墙、框架柱、穿层柱满足抗剪截面弹性要求。

经查与穿层柱对称位置框架柱楼层剪力V=1462kN，穿层柱轴力N=27462kN，按超限专家意见补充穿层柱计算，框架柱X向单边配筋增大为4436mm2。

对底层剪力墙受拉进行了详细分析，发现部分剪力墙在地震作用下会出现拉应力，但均小于ftk=2.85MPa，且根据统计四层以上墙体无拉应力。拉应力出现的位置为外围核心筒较短墙体。按超限专家意见将出现受拉状态的剪力墙抗震等级提高为特一级。四层及以下加强区剪力墙的抗震构造措施加强，配筋加大。框架柱经计算无受拉的情况。

10 罕遇地震验算分析

大震不屈服计算模型主要输入参数见表5。

大震不屈服作用下分析结果显示，前四振型的有效质量系数分别是：X向：63.64%；17.70%；7.22%；1.86%，Y向：61.24%；19.49%；5.11%；4.47%；关键构件及竖向构件均能满足性能目标要求，且有一定的安全储备。

11 夹层对主体结构影响

夹层混凝土梁截面200×400，钢梁300×200×12×8，标准层框架柱截面1100×1100～800×800，二者截面相差较大，用YJK计算按M/Vh0复算剪跨比。从计算结果知，夹层梁截面、刚度较小，无法对框架柱形成有效的约束，框架柱不会出现正常结构两层两个反弯点的情况。夹层虽造成按使用功能划分两层，其实际对框架柱的受力影响不大。按专家意见考虑到夹层的不利影响，施工图设计时框架柱按短柱设计，轴压比按规范规定的柱轴压比限值降低0.05，体积配箍率不小于1.2%控制。

12 静力弹塑性分析

本工程仅高度超A级，根据《高层混凝土结构规程》3.11.4条：高度不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法，用于分析大震下变形情况。分析软件采用PUSHOVER静力弹塑性分析程序，得到结构基底剪力-位移曲线，转换为结构的能力谱，能力谱与需求谱的交点即为性能点。罕遇地震作用下的位移角见表6。

13 结论

在多遇地震及风荷载作用下，SATWE和YJK两种软件分析的各项指标基本一致，结构构件处于弹性阶段，承载能力和变形能力均能满足现行规范要求。时程分析与反应谱之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做判断，能够满足“小震不坏”的抗震性能目标。

在设防烈度地震作用下，剪力墙、柱均处于抗剪弹性、抗弯不屈服状态；框架梁、连梁部分出现抗弯屈服，但抗剪不屈服，可满足“中震可修”的抗震性能目标。

在罕遇地震作用下，结构层间弹塑性位移及层间位移角均满足规范限值要求，结构主要抗侧力构件没有发生严重破坏，可满足“大震不倒”的抗震性能目标。

参考文献：

[1] GB 50007—2011.建筑地基基础设计规范[S].

[2] JGJ 3—2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] GB 50011—2010.建筑抗震设计规范[S].

[4] GB 5001—2010.混凝土结构设计规范[S].