赵美余, 朱一鸣

(1.中国瑞林工程技术股份有限公司,江西 南昌 330031；2.江苏省电力设计院有限公司,江苏 南京 211102)

1 工程概况

本项目位于南昌市,建筑高度194.30米, 48层,建筑面积35339.4平方米,采用壁式框架-核心筒结构,两层地下室,剖面图见图1。设计使用年限50年,结构安全等级为二级,抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为6度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0.05g,Ⅱ类场地。本工程基本风压0.45KN/M2,基本雪压0.45KN/M2,地面粗糙度类别为B类,风荷载体型系数取1.47。

图1 办公楼立面图

2 结构特点及布置

办公楼建筑平面近似矩形,平面尺寸为26.3x29.7米,结构高宽比为7.4,核心筒尺寸为11.2x15.6米,筒体宽度与建筑高度比值为1/17.3,楼电梯集中布置在建筑物偏左位置,标准层平面左侧楼板大开洞,建筑平面布置基本对称。结构布置主要按以下原则确定,具体详见图2。

(1)核心筒外墙厚度为800mm～400mm,由下至上递减,墙体厚度在核心筒外侧变化,筒体内墙厚250mm。根据使用面积狭小的特点,同时考虑到中间筒体与房屋高度比值远大于规范建议值1/12,因此在房屋四角设置了剪力墙,其余部分则采用壁式框架,二者协同工作能使层间变形更加均匀,内部分隔灵活,可提高房屋抗侧能力。

(2)壁式框架尺寸900x2900～700x2900根据建筑平面均匀布置,地下二层至地上七层外框架柱竖向轴压比控制在0.55以内,以改善其抗震延性。

(3)外框架梁为500x900mm,连接核心筒框架梁为500x800mm。

(4)框架剪力墙砼强度等级：承台顶面～7层为C60,7层～15层为C55,15层～24层为C50,24层以上为C40～C30;框架梁板为C40～C30。

3 结构超限情况及性能化目标

3.1 超限情况

本办公楼采用壁式框架-核心筒体系,建筑高度194.3米,根据《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ3—2010)[2](简称高规),该工程属于超A级建筑高度建筑；同时经计算得出在偶然偏心下楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)比大于1.2,属扭转不规则。另外二层楼面大堂开洞,局部楼层有效宽度小于典型宽度50%,首层～三层有穿层的墙体,属楼板不连续。标准层平面无不规则情况。

3.2 抗震性能设防目标

针对办公楼的超限情况,综合考虑规范及业主要求,抗震性能目标确定为C级。

图2 结构标准层平面布置图

4 结构计算分析

4.1 小震作用下计算分析

本工程采用PKPM(2010版V1.3)和Midas Building 2014作为计算软件进行对比分析,计算时采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法(CQC法),并考虑了偶然偏心及双向地震作用,其分析主要结果如下表1所示,二者计算得到的结果均满足规范的要求,构件均处于弹性状态,说明本工程结构可以满足“小震不坏”的设防目标。

使用PKPM软件进行弹性时程分析：小震下选取了3条波,其中2条天然波,1条人工波,最少持续时间均大于5倍结构基本周期,地震波时间间距0.02s,输入地震波峰值加速度最大值为23.5cm/s2。由表2可以得出：每条时程曲线计算所得的结构底部总剪力均不小于按CQC法计算所得的65%,三条时程曲线计算所得的结构底部总剪力的平均值不小于按CQC法计算所得的80%。施工图设计时按弹性动力时程计算法计算出的层剪力与CQC法的层剪力的比值作为放大系数带入计算中,确保设计安全。

表1 振型分解反应谱法(CQC法)分析主要结果表

表2 多遇地震下时程分析结果表

4.2 中震弹性计算和中震不屈服计算分析

中震弹性计算和中震不屈服计算主要是针对本工程构件的性能目标进行量化计算,计算设防地震作用时,水平地震影响系数最大值αmax取0.176,相应的特征周期值Tg取0.40s,结构阻尼比为0.05。计算结果如下：

表3 设防烈度地震作用下结果汇总

分析结果表明：在设防烈度地震作用下,关键构件(底部加强区剪力墙、壁式框架)及结构竖向构件的正截面承载力、受剪承载力均满足中震弹性的要求；框架梁正截面承载力满足中震不屈服的要求、受剪承载力满足中震弹性的要求,局部连梁出现较轻微的抗弯屈服,进入屈服阶段,属于局部延性损坏,经一般修理可继续使用；结构在设防烈度地震(中震)作用下能达到预期的性能目标。从表3可以看出：结构的最大层间位移角均小于2倍弹性位移限值,说明结构可以满足“中震可修”的设防目标。

4.3 罕遇地震下弹塑性时程分析

罕遇地震下选取了3条地震波(特征周期Tg为0.40s。),其中2条天然波,1条人工波,最小持续时间为40s,均大于5倍结构基本周期。地震波时间间距0.02s,输入地震波峰值加速度最大值为125cm/s2,结构阻尼比取0.05,地震波输入时间为30s；按照抗规要求,采用双向地震波输入,其中主次两个分量峰值加速度的比值符合1.0∶0.85的要求。由于建筑平面较规则,因此选取0度、90度两个方向同时输入主次地震波,每个方向各输入3条地震波进行计算。计算结果如下：

表4 罕遇地震弹塑性时程分析数据汇总表

从表4可以看出,结构弹塑性层间位移角均小于高规表3.7.5条要求,满足“大震不倒”的抗震设防目标。

4.4 穿层壁式框架抗震性能分析

1～3层穿层壁式框架柱抗震性能分析结果：(1)多遇地震下柱轴压比为0.5,计算为构造配筋；(2)设防地震下,柱计算为构造配筋；(3)罕遇地震下,大部分柱构造配筋,仅局部正截面需计算配筋。分析结果表明：1～3层穿层壁式框架能够满足性能设防目标。

5 结构抗震设计加强措施

(1)为提高外壁式框架和落地剪力墙的延性,其计算轴压比均控制在0.55以内。

(2)适当提高剪力墙在底部加强部位的配筋率,以增强其承载力。

(3)屋面板、核心筒内板、壁式框架四角周边板均配置双层双向钢筋予以加强。

(4)二～三层挑空大厅及其它开洞部位集中处,增加周边板厚、提高配筋率并双层双向配筋予以加强。

(5)梁、柱中心线之间的偏心距大于柱截面在该方向宽度的1∕4时,梁增设水平腋以减小不利影响。

6 结语

本工程为超A级高度建筑,存在多项不规则项,结构专业结合建筑平面及功能要求,采用了壁式框架-核心筒结构体系,在细长房屋的四角布置剪力墙,使之具有更加良好的抗扭转结构性能,同时采取多种计算软件进行了弹性、弹塑性的计算分析,对关键构件构造进行加强,各项指标均满足规范的相关要求,达到了抗震性能目标要求,结构安全可靠。