富兴世界金融中心西裙房结构设计与研究

文/袁晟、廖明皓 湖南省建筑设计院有限公司 湖南长沙 410000

1、工程概况

富兴世界金融中心项目位于长沙市开福区湘雅路与芙蓉中路交汇处东北角（原长沙老火车北站内）。项目分为三期进行开发。本次开发的是富兴世界金融中心一期工程，用地面积为35，412平方米，总建筑面积约491，723平方米，其中地上计容建筑面积303,850平方米，地下建筑面积约181，234平方米。富兴世界金融中心一期工程由三座塔楼和东、西裙楼构成。三座塔楼高度分别为199.7米(T2办公)、185.0米(T3办公)、145.3米(T4办公)，东裙房高度为23.3m，西裙房高度为36.7m。三座塔楼与裙房在地下室顶板以上均以结构缝脱开，在地下室顶板连成整体。建筑立面效果图如图1。

图1 建筑立面效果图

本工程建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。抗震设防烈度6度（0.05g），抗震设防类别为乙类，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II 类，根据地震安评报告本项目多遇地震影响系数最大值取0.05，特征周期取0.35s。基本风压取0.35kN/m2，地面粗糙度为C类。

2、地基基础设计

本工程地基基础设计等级为甲级，根据地勘建议及场地岩土工程条件，基础拟采用筏板基础，基础持力层为中风化岩，岩石承载力特征值为1500kPa。由于抗浮水位为39.0m，水头达到18.1米，采用抗浮锚杆抵抗水浮力。

3、结构体系

地下室顶板作为上部结构嵌固部位，结合西裙房的特点与建筑功能要求，采用了钢筋混凝土（部分型钢混凝土）框架结构体系。典型结构平面布置图如3、4所示。

楼盖均采用钢筋混凝土梁板体系，楼板厚度不小于110mm。

图2 西裙房典型结构平面布置图

4、超限分析

4.1 高度及高宽比

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程结构高度为36.7m，6度区规范限制60m，属于不超限。

4.2 一般不规则检查

具有下述三项一般规则性超限：

（1）扭转不规则：根据计算结果位移比大于1.2、小于1.4。

（2）楼板不连续：建筑中庭空间要求大开洞，楼层开洞面积超过50 %。

（3）其他不规则：结构因中庭开洞形成部分柱不连续。

4.3 超限类型判定

综上所述本工程属于超限高层建筑结构，同时具有三项一般规则性超限，无严重不规则项。

4.4 结构加强措施

本工程为存在扭转不规则、楼板不连续、构件间断等不规则的超限高层建筑。结合计算分析结果和本工程的不规则性，主要采取以下抗震加强措施。

4.4.1 针对转换梁、柱的加强措施

（1）严格控制转换柱地震作用下的轴压比，大震作用下转换柱的轴压比也控制在0.75以下；控制转换梁、柱截面的剪应力水平，任何情况下不允许发生剪切破坏；

（2）受力较大的转换梁、柱采用型钢混凝土，以尽可能提高转换梁、柱的延性。

4.4.2 针对大悬挑与大跨度梁的加强措施

（1）主要大悬挑、大跨度梁均采用型钢混凝土梁，尽可能提高梁的延性，同时与之相邻的框架柱也采用型钢混凝土柱；

（2）严格控制梁截面的剪切应力，任何情况下均需满足梁截面的受剪截面验算；

（3）严格控制大悬挑梁的挠度与裂缝。

4.4.3 针对楼板开洞的加强措施

（1）楼板均采用现浇钢筋混凝土板，楼板厚度均不小于110mm；

（2）开大洞的周边楼板板厚均取为150mm，配筋双层双向拉通，且洞口周边框架梁梁高均不小于1米。

5、弹性分析结果

小震弹性分析软件采用PKPM之SATWE（2010 V.2.1），并采用MIDAS BUILDING（2013）计算对比。

5.1 周期与振型

根据两种软件计算结果，SATWE、MIDAS的计算结果基本一致，计算程序的可靠性可以保证。前三个振型依次是约X方向平动、Y方向平动和绕Z轴的转动,左单元第一扭转周期与第一平动周期的比值Tt/T1，SATWE的计算结果为1.4577/1.6391=0.89＜0.90，MIDAS的计算结果为1.4645/1.6284=0.899＜0.90，满足规范要求小于0.9的规定。右单元第一扭转周期与第一平动周期的比值Tt/T1，SATWE的计算结果为 1.7594/1.9736=0.89＜0.90，MIDAS 的 计算结果为1.5196/1.7035=0.892＜0.90，满足规范要求小于0.9的规定

5.2 竖向不规则判定

根据《高规》3.5.2条，框架结构楼层与其相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7；与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。《高规》-3.5.3条，A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。根据PKPM之SATWE两种软件计算得到的计算结果，本工程左右结构单元均满足规范要求，且无软弱层，且无薄弱层。。

5.3 楼层剪重比

图3 楼层剪重比

本工程水平地震影响系数最大值αmax=0.050，根据《高规》4.3.12条，楼层最小剪力系数=0.2αmax=0.2×0.05=1.0%。SATWE和MIDAS两种软件计算结果表明，左单元结构楼层在X、Y向的最小剪重比分别为1.55%与1.63%，均大于规范限值1.0%，满足规范要求。右单元结构楼层在X、Y向的最小剪重比分别为1.30%与1.27%，均大于规范限值1.0%，满足规范要求。

5.4 楼层扭转比

根据《高规》-3.4.5条中的要求，在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，复杂高层建筑的竖向构件最大水平位移和层间位移，不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结合《高规》3.4.5条的条文说明，计算楼层扭转比时，取“规定水平力地震力”计算，并考虑5%的偶然偏心。

SATWE和MIDAS两种软件计算结果表明，左单元结构除个别楼层大于1.2且小于1.4外，其余楼层均小于1.2，满足规范要求。右单元结构除个别楼层大于1.2且小于1.4外，其余楼层均小于1.2，满足规范要求。

5.5 层间位移

根据《高规》中4.6.3条的要求，楼层层间位移角限值为1/550。SATWE和MIDAS两种软件计算结果表明，左右单元小震作用下的最大层间位移角，结果均小于规范限值1/550，满足规范要求。

6、温度应力分析

本工程采用MIDAS Building进行楼板温度应力分析。对该结构做以下处理及假定：

（1）仅考虑梁、板、柱在温度荷载作用下的应力和变形。

（2）本工程有四层全埋地下室，地下室与土体接触，温度变化小，因此不考虑温度变化对地下室楼板影响。将在地下室车库顶板处的上部结构进行固定约束。

（3）根据《建筑结构荷载规范》9.1.2条混凝土的线膨胀系数取1×10-5/℃，钢材的线膨胀系数取1.2×10-5/℃。

从楼板应力分布图得出结论：

1）温度收缩主要发生在底部几层及屋面层，二层最严重。从这点可以看出越靠近底部的楼层受基础约束越大，受温度影响越大。而屋面层因温差大，温度应力也较大。

2）从各层温度应力分布来看，因本工程为框架结构，平面刚度相差不大，楼板温度应力除开大洞周边局部楼板及中部连廊薄弱部分楼板外分布比较均匀。

3）除二层及屋面层局部楼板温度应力大于混凝土抗拉强度标准值（C35，ftk=2.2N/mm²），其他楼层均能满足温差作用要求。

结论：

根据上述分析，小结如下：

（1）采用SATWE 、MIDAS对结构进行对比计算分析，各项指标基本接近，均满足规范要求。结构构件在多遇地震下均处于弹性工作状态，可保证小震不坏。

（2）通过采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算，可认为采用规范振型分解反应谱法的计算结果进行结构设计是合理可靠的。