深圳市宝安区某地块超高层办公楼结构设计潘建云

深圳市宝安区某地块超高层办公楼结构设计潘建云

潘建云

筑博设计股份有限公司广东深圳518040

摘要：深圳市宝安区某地块A座塔楼为框架—核心筒体系的混凝土结构，共32层，屋顶标高148.200m，为B级高度的超高层建筑。针对工程的特点，本文重点讨论结构布置、抗震设防性能目标、整体抗倾覆、多塔分析等。通过动力弹塑性分析，找出结构的薄弱部位，并采取针对性的抗震加强措施。

关键词：超高层；框-筒结构；抗震性能设计；基础埋深；动力弹塑性分析

1工程概况

本项目位于宝安区民治街道与龙岗区坂田街道交界处，由3栋高层办公楼及一层裙房、三层地下室组成。其中A座塔楼为32层、屋顶标高148.200m的框架—核心筒体系的超高层建筑，B座、C座塔楼为21层、屋顶标高95.250m的一般高层建筑。对A座塔楼进行抗震设计专项审查分析。A座塔楼地下三层地下室，地下三层全埋，地下二层及地下一层对外敞开，塔楼嵌固端在地下二层。在13层和24层设避难层，23层以下标准层高4.2m，25层以上标准层高5.4m。本工程设计基准周期为50年，结构设计使用年限为50年。工程设防类别为乙类。结构安全等级为二级。工程设防烈度为7度（0.10g，Ⅱ类场地，第一组，Tg=0.35s）。基本风压值W0=0.75kN/m2，地面粗糙度为C类，风载体型系数取1.4。考虑P-△效应。塔楼采用冲孔灌注桩基础，桩端持力层为微风化粗粒花岗岩。

2结构布置

结构底部二层、三层局部楼板缺失形成跨层柱，核心筒剪力墙厚为700mm，向上厚度逐步减小（700~400）。结构底部柱截面为1400x1800（1800x1400），往上逐渐减小（1200x1800~1000x1100）。标准层结构平面见图01。

图1标准层结构平面图

3抗震性能指标

本工程存在高度超限，及扭转不规则、楼板不连续、局部存在跨层柱等一般规则性超限3项。根据本工程的超限情况，与业主的沟通结果，选定本工程的抗震性能目标为《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中的C级目标，细部要求见表1。

4结构弹性计算分析

结构弹性计算分析采用SATWE（新规范2012年6月份版），同时采用MIDASGEN8.0版软件进一步分析计算作为参考对照。通过两种软件小震弹性分析的结果对比，塔楼的周期、位移角、位移比、楼层剪力、刚度比、抗剪承载力之比、抗倾覆力矩比等指标均接近，相差不大。

补充弹性时程分析，所选取7条地震波计算所得的结构底部剪力均不小于CQC法求得的底部剪力的65%，结构底部剪力的平均值大于CQC法求得的底部剪力的80%，所选地震波基本满足规范要求。时程计算的X向楼层剪力平均值在塔楼上部25~32层大于CQC计算结果（最大在30层，比值为1.08），Y向楼层剪力平均值在塔楼上部22~32层大于CQC计算结果（最大在28层，比值为1.10），同时，在Y向地震作用下时程计算的底部剪力平均值比CQC结果大1.05倍，说明采用CQC法计算时在上部楼层需要调整才能满足设计要求。上部楼层调整系数取1.10。

在中震弹性、中震不屈服、大震不屈服验算时，通过调整构件配筋及进行承载力复核，使所有构件均满足设定的性能目标。

5多塔补充分析

本工程地面以上二层楼面为绿化平台，将各塔楼连接成一个整体，平面上形成多塔结构。各栋塔楼对底盘基本对称布置，塔楼与底盘结构质心的距离不大于相应边长的20%。根据高规JGJ3-2010第10.6.3条规定，塔楼在相应位置应采取有效的抗震措施。在本工程中，在一层楼面～三层楼面标高段内，各塔楼所有外围框柱均按特一级构造配筋。根据单塔、多塔模型计算结果，分别取二层墙、柱底部剪力，对比如表2。

从上表结果可知，在风荷载、地震作用下，桩基水平力承载力满足抗剪要求，结构整体抗滑移满足要求。根据广东省《高规》DBJ15-92-2013第13.1.7条内容及条文说明，高层建筑相当一部分地震水平剪力由地下室外墙的土压力平衡。那么考虑A座塔楼一层地下室的有利作用，在抗滑移验算时结构整体有较大安全度。

8动力弹塑性分析

本工程动力弹塑性时程分析软件采用Perform-3D。对整体结构、构件、材料定义不同的性能水准，通过地震反应后抗震能力与地震需求的比较来判断结构是否满足我们期望的抗震要求。

选用三条天然波和两条人工波进行罕遇地震弹塑性时称分析，计算得到各时程波对应的基底剪力约是小震作用CQC法计算结果的3~6倍左右。

通过对上述三条地震波的大震弹塑性时程全过程分析，各条波计算结果均满足规范要求。根据分析结果，得出以下结论：1）各条波计算结构层间位移角小于规范限值1/100；2）各条波在大震弹塑时称分析与小震弹性时称分析在位移角大小比例有一定的相似性；3）大震作用下基底剪力两方向分别为小震的3~6倍左右；4）各条波计算塑性铰的分布及发展规律符合预期判断，整体塑性发展适中，各构件基本实现预定目标性能水准：大震下连梁和框架梁较早发生弯曲屈服，绝大多数连梁和框架梁抗剪处于弹性状态，局部连梁和框架梁抗剪进入屈服状态；绝大多数柱抗弯处于弹性阶段，个别柱抗弯进入IO~LS阶段，柱抗剪处于弹性阶段；剪力墙存在局部压弯损伤，塑形发展未超出IO界限，不会影响结构的抗倒塌能力。Y向地震作用下，底部加强区个别剪力墙抗剪屈服，设计时予以加强；经校核，水平筋配筋率增至0.8时，满足抗剪不屈服性能水准要求。

以上分析结果表明，结构整体满足预期性能目标要求，结构进入塑性程度适中，有一定的安全储备。构件屈服状态也能满足预期性能目标要求，结构底部加强区剪力墙抗剪能力在施工图设计阶段可做适当加强，以提高其抗剪能力。

9结论

本工程A座塔楼为B级高度的超限高层建筑，且属于存在三项一般不规则的超限结构。通过采用PKPM、MIDASGen两种软件弹性对比进行分析和Perform-3D进行动力弹塑性分析。结果表明，各项控制指标符合规范要求，根据计算分析结果，采取对重要构件和关键性构件作适当加强，保证结构满足各阶段预先设定的性能目标。在地震作用下有较好的延性，并满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的安全性要求。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范：GB50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]建筑结构荷载规范：GB50009-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点：建质[2010]109号[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2010.