长沙富力洋湖之心综合体主塔楼超限结构设计

文/阚光勇、林慧、何牧之、岳明、刘晟 深圳市华阳国际工程设计股份有限公司 广东深圳 518048

1、工程概况

图1 建筑立面效果

长沙富力洋湖之心项目位于长沙市岳麓区潇湘南路西侧，坐落于洋湖天街项目中，办公楼采用框架-核心筒结构，建筑面积约11.6 万平方米。建筑立面效果图详见图1。本项目由1 栋超高层办公楼及3 层地下室组成，与洋湖天街项目地下室融为一体。办公楼结构主屋面总高度为199.9米。超过规范A 级高度150 米的限值。结构整体高宽比为5.06.拟建场地为地震设防烈度6 度区，设计地震基本加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。本工程塔楼采用人工挖孔灌注桩基础，以中风化泥质粉砂岩作为持力层。纯地下室采用抗浮锚杆抗浮，塔楼及相邻跨采用自重抗浮。

2、结构布置

办公楼主体结构采用框架-核心筒结构体系，22 层以下型钢混凝土柱，23 层以上为普通

混凝土柱。第二～二十四层层高为4.1 米，为满足净高及提升空间感受楼板采用空心楼盖，其他楼层采用普通梁板结构。

3、结构超限检查

办公楼超A 级高度，属于B 级高度；考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2；二层、三层有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，楼板不连续；一层、二层存在穿层柱。根据《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的相关规定，应报湖南省超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

4、结构超限抗震措施

剪力墙底部加强部位按特一级构造，墙身水平和竖向分布筋的最小配筋率不小于0.40%，配筋间距不大于150；对底部外筒转角处的墙体，其约束边缘构件纵筋配筋率不小于1.4%。非加强部位筒体角部构造边缘构件改为约束边缘构件，外筒墙身水平钢筋配筋率比规范限值多0.05%，以提高其延性；穿层柱及同层柱按长短柱共用采取如下加强措施：计算中长柱按短柱的剪力复核承载力，短柱根据大震进行计算控制。5F 收进部位以下2 层结构周边竖向构件的配筋率结合计算结果做适当提高加强。结合有限元分析结果，对筒体周辺楼盖开洞处楼板进行板厚和配筋加强，同时对楼板大开洞楼层上方的第四层楼板、角部凹口内折角部位通过适当加厚板厚和加强配筋进行抗震加强。

5、抗震性能目标

根据《高规》对抗震性能目标的划分，本项目抗震性能目标定为C 级，即小震下满足结构抗震性能水准1 的要求，中震下满足性能水准3 的要求，大震下满足性能水准4 的要求。

6、小震弹性分析

分别采用YJK 及Etabs 两种三维空间结构分析程序进行计算比较：在重力荷载作用下，两种计算模型的楼层荷载取值准确；第一扭转周期与第一平动周期的比值均小于规范限值0.85；基底剪力和基底倾覆弯矩在水平荷载作用下非常接近，模型中的结构刚度是一致的、准确的；楼层最大层间位移角满足《高规》3.7.3 条限值的要求；楼层最大位移（层间位移）比满足《高规》3.4.5 条规范限值要求；结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力、楼层最小地震剪力系数均能满足《高规》第4.3.12 条的规定；楼层侧向刚度均满足《高规》第3.5.2 条的规定；各楼层X、Y 方向的楼层抗剪承载力之比均满足《高规》第3.5.3 条大于0.75 的限值要求，且不小于0.8；各楼层与相邻下层质量比之比均满足《高规》第3.5.6 条不大于1.5 的限值要求；框架柱、剪力墙在多遇地震和风荷载作用下其轴压比均能满足规范限制要求；结构计算中考虑重力二阶效应的不利影响，刚重比满足《高规》5.4.4 条规定的结构整体稳定性最低刚重比要求；满足《高规》12.1.7 条结构高宽比大于4 时基础底面不宜出现零应力区的规定；在规定水平力作用下，结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值大于10%但不大于50%；框架部分分配的楼层地震剪力标准值的最大值与结构底部总地震剪力标准值的比值，大部分楼层均满足大于10%，最小值大于5%，对于小于20%的楼层，调整后的框架剪力满足《高规》8.1.4条的要求；剪力墙墙肢满足《高规》第7.2.1 及附录D 的墙体稳定性验算要求，剪力墙截面厚度取值合理；结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值均满足《高规》3.7.6 条规定的限值要求；对上部部分楼层进行地震作用放大后，规范反应谱法计算的地震剪力能够包络动力时程分析所得的剪力。

7、中、大震分析

中震采用YJK 程序进行分析，中震弹性和中震不屈服计算模型，中震作用下结构基底剪力达到小震基底剪力的3.0 倍，地震作用量级合理；整体层面的楼层层间位移角等于3 倍的弹性层间位移角，分布具有规律性；

底部加强区剪力墙、外框架柱均处于弹性状态。非底部加强区剪力墙均满足受弯不屈服、受剪弹性；框架柱满足受弯不屈服、受剪弹性。梁、连梁满足仅有部分受弯屈服，受剪不屈服的性能目标。

大震采用SAUSAGE 软件进行结构的动力弹塑性分析，以“大震不倒”为设计目标，允许部分构件出现较多弯矩屈服铰、但不发生剪切破坏。采用一组人工波与两组天然波进行分析，各条波的弹性反应谱在基本振型周期点处与规范反应谱相差均不超过20%，满足在统计意义上相符的要求。

大震弹塑性时程分析结果表明，结构X 向最大基底剪力50MN，Y 向最大基底剪力63MN,分别相当于小震的5.45 倍和6.42 倍。X 向和Y向最大层间位移角分别为1/279 和1/186，均满足规范最大层间位移角的限制要求。X、Y 向连梁损伤情况差异不大，X 向损伤略大于Y 向，说明结构2 个方向刚度及延性设计较为接近，大部分连梁严重损伤，达到了大震耗能目的，除局部区域外，墙肢基本处于弹性工作状态，满足“强墙肢弱连梁”的设计概念。框架柱极少数出现轻微～轻度受压损伤，钢筋不屈服，作为二道防线的框架柱具有较好的安全储备。大部分框架梁为轻微至轻度损伤，框架柱损伤相比梁要小，达到了强柱弱梁的目的。

其中，第25 层、第36 层核心筒剪力墙长度分别在西侧因满足建筑功能要求剪力墙开洞，剪力墙长度发生变化的上下两层，由于刚度突变，较多剪力墙处于轻微至轻度损伤状态，设计时应对核心筒剪力墙变化处的上下楼层剪力墙进行加强。

8、楼板及剪力墙有限元分析

楼板应力较大处主要集中在洞口周边、部分墙肢及梁边两侧等区域，主要由于墙（梁）平面外弯矩使楼板在交接处产生局部变形、刚度突变形成应力集中等因素造成的。此外，在楼板开洞周围薄弱连接楼板、竖向构件变化处楼层、上下楼板有较大变化处楼层的楼板应力较大，但都小于混凝土强度标准值。

中震作用下一、二层底部X 向Y 向及核心筒局部墙肢出现受拉，三层及以上墙肢未出现拉应力，墙肢轴拉力小于墙体本身的抗拉承载力限值，墙体不会出现受拉破坏。

9、空心楼盖分析

通过对本工程的空心楼盖分析，空心板楼盖的内力集中于柱端区域，岛状受力特性显著，内力向柱间实心板带集中，而空心板部分的内力分布相对均匀，故设计中在柱端设置实心区加强配筋；空心楼盖四角楼盖板厚较其它区域增大20mm，并对四角和转角处楼板双层双向配筋，提高配筋率至0.25%。在空心楼盖与核心筒交界处留实心缝并加强配筋。

图2 空心楼盖构造

10、超限抗震构造措施

设置约束边缘构件上两层为过渡层，适当加强过渡层的配筋；针对地下室顶板与塔楼内结构板内外高差超过600mm 的部位，采用加腋构造进行加强，以有效传递地震水平力，高差部分砼墙按错层要求控制配筋率，并按《高规》第10.4节规定，对竖向构件采取抗震等级提高一级采用；对少量剪力过大的连梁，适当提高连梁的配箍率及腰筋，跨高比不大于2 的核心筒连梁增配对角斜向钢筋，跨高比不大于1 的连梁以及对楼面梁支撑在筒体连梁内采取设置交叉暗撑进行加强。

结语：

在多遇地震作用及风荷载作用下，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，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，底部加强区部位剪力墙及框架柱均满足受弯受剪弹性；其他部位剪力墙均满足受弯不屈服，受剪弹性，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。结构满足抗震性能目标设定的在指定地面运动下的各项抗震性能水准要求，是安全、可靠、合理且满足规范要求的。