邓 超 （湖南省建筑科学研究院有限责任公司，湖南 长沙 410011）

1 项目概况

长沙环球长沙未来城城市综合体A区A25地块一期工程位于长沙市上湾西路与国展路交汇处，结合地块形状特点，布置22层的1#栋酒店、38层2#公寓、3层的裙楼以及二层地下室，长沙环球超高层公寓项目即2#公寓项目。

2#栋超高层公寓地上38层，地下二层，工程建设高度为144.15 m，建筑主体结构采用框架剪力墙结构，整体的安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。工程抗震设防类别为乙类（裙房为大型多层商场），抗震设防烈度为6度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度为0.05 g，为II类场地，场地特征周期为0.35 s。

图1 建筑效果图

2 结构选型及布置

2.1 结构选型

2#公寓的结构采用框架剪力墙结构，剪力墙主要分布在电梯间、楼梯间，底部四层在南面框架柱间有少量纵墙分布，电梯间、楼梯间剪力墙能够形成封闭的筒体，但该筒体为偏心布置且高宽比高达16，难以达到规范中框架核心筒体系中对于核心筒的要求，设计时按核心筒构造措施将角部边缘构件按约束边缘构件从上至下设置。

本工程结构体系的第一道防线是钢筋混凝土的剪力墙，钢筋混凝土框架组成第二道防线共同抵抗风和地震产生的水平作用。结构竖向荷载的传递顺序是先通过水平梁板，然后通过框架柱和剪力墙，最后到基础部分；水平荷载中的倾覆弯矩和水平剪力大部分由剪力墙承担，框架柱承担少部分（小于50%）的水平剪力以及倾覆弯矩；剪力墙和框架柱通过楼板的面内刚度互相协调。

图2 裙房层结构平面布置图

图3 标准层结构平面布置图

地下室及首层塔楼及塔楼嵌固范围楼盖采用普通现浇钢筋混凝土梁板体系；二层及以上采用叠合楼板。

2.2 绿色装配式方案

根据湖南省绿色装配式建筑评价标准，2#栋公寓竖向构件及框架梁均采用现浇形式。采用的装配式建造技术包括叠合楼板、预制楼梯、非砌筑非承重围护墙（幕墙）以及外围护墙与保温、隔热、装饰一体化、竖向构件采用高精度模板、全装修、绿色建筑一星标准、BIM技术。

2.3 建筑结构超限检查

本工程通过对结构专业相应专项审查要点中不规则性条纹的检查，得出本建筑结构的高度为B级，属于超高层建筑，同时具有局部楼板不连续、局部穿层柱不规则和扭转不规则等不规则项。本工程结构设计属于一般规则性超限和高度超限。

2.4 结构抗震性能目标

根据建筑混凝土结构技术规程中关于设防烈度、结构特殊性、综合抗震设防类别、场地条件、震后损失和修复难易程度、建造费用等因素，将本项目结构的抗震性能目标定为C级，初步确定本工程的设计性能指标如表1。

3 结构计算分析

3.1 小震作用下结构弹性分析

本次设计分别采用北京盈建科结构分析软件YJK2.0.0.0版本和Midas Building 2019V1.1通用有限元软件程序进行弹性计算并对比校核，对整体空间结构模型进行计算分析，其中运用三维纤维细分分析梁柱单元，运用平面内分块纤维分析墙单元，运用厚度分层纤维分析板单元。结构在竖向荷载及风荷载、地震作用下的内力与位移计算，采用刚性楼板假定。上部结构嵌固部位采用地下室顶板作业。

图4 YJK计算模型

图5 Midas计算模型

性能水准指标 表1

周期和振型计算结果比较 表2

基底剪力和基底倾覆弯矩计算结果比较 表3

周期和振型计算结果比较 表4

最大层间位移角 表5

多软件弹性计算结果比较如表2。

通过两种模型的计算可以得出，项目结构的振动方向和周期值在前三阶非常相似，整体的抗扭刚度良好。

图6 地震荷载作用下的层间位移角

图7 风荷载作用下的层间位移角

通过表3可以计算得出，两种模型下的水平荷载计算结果基本一致，因此可以判断出，结构模型中的刚度是准确并一致的。

由计算结果可以得出，在风荷载和地震作用下，两种计算模型中X、Y向最大层间的位移角都可以满足相关规范的要求。其中X向控制工况为地震作用，Y向控制工况为风荷载。

3.2 中震作用下结构弹性分析

根据性能设计目标要求，结构进行了“中震”弹性分析，其中按中震不屈服设计剪力墙受弯承载力，按中震弹性设计框架柱及剪力墙受剪承载力。

根据YJK计算结果，框架柱在中震时满足弹性，剪力墙满足基本弹性和不屈服设防要求，剪力墙连梁中部少量出现超筋。

3.3 结构弹塑性时程在大震作用下的分析

计算软件采用由广州建研数力建筑科技有限公司开发的新一代“GPU+CPU”高性能结构动力弹塑性计算软件 SAUSAGE（Seismic Analysis Usage），本工程在罕遇地震下的弹塑性时程分析采用两组天然波与一组人工波进行。

将导入SAUSAGE中的结构模型周期振型与原YJK模型进行了对比，前五阶周期振型基本吻合，如表4。

结构最大水平相对位移值及最大基底剪力值如表5、表6所示。

结构在大震作用下层间位移角最大值包络曲线、楼层剪力最大值包络曲线、基底剪力时程曲线如图8～图11所示。

基底剪力 表6

图8 层间位移角最大值包络曲线

图9 楼层剪力最大值包络曲线

图10 X向基底剪力时程

图11 Y向基底剪力时程

结构主要整体计算指标表明，最大弹塑性层间位移角为1/242，小于预设的性能目标1/120。在模型判断中，可以得到建筑结构保持直立的结果，基本满足抗震的设防要求。

结构在三组地震波作用下的地震影响规律大致相同。地震动初始时刻，各类构件基本处于弹性工作状态，给出了地震动达到小震、中震、大震加速度峰值时刻及结算时刻各类构件受压损伤状态，其发展过程如下：首先在中上部洞口连梁位置出现损坏，然后沿楼层方向发展，连梁损坏较为严重，体现了较好的耗能性能；剪力墙基本没有出现较大损伤，基本处于弹性工作状态，端部剪力墙和转角处剪力墙轻微损坏，应在设计中予以适当加强，在地震动中后期有不同程度的损伤；框架梁较少出现混凝土损坏。

地震动结束时刻，部分连梁均出现了较为严重的损坏，墙肢基本处于弹性工作状态，局部区域出现轻度损伤，墙体与连梁相接位置局部损伤严重，建议设计予以加强调整，满足“强墙肢弱连梁”的设计概念。

根据结构特性，这种塑性发展基本满足性能目标的设定要求。根据对结构进行的大震下的动力弹塑性计算分析，结合结构整体指标和结构构件的性能分析，现对结构抗震性能评价如下：

①大震弹塑性分析所选取的多条地震波弹性反应谱在基本振型周期点处于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。

②在遭遇罕遇地震的作用下，建筑结构能保持直立，其最大的层间位移角1/242<[1/120]，满足《建筑抗震设计规范》要求，满足“大震不倒”的基本要求。

③结构在大震作用下大部分连梁均出现了较为严重的破坏，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。

④框架柱均没有出现受压损坏，钢筋不屈服，作为二道防线的框架柱具有较好的安全储备。

⑤薄弱部位：底部楼层及端部剪力墙和转角处剪力墙，应予以加强，提高分布钢筋配筋率；与墙连梁相接的局部墙肢出现轻度损坏，应予以加强。

4 超限设计的措施及对策

本工程为超限高层建筑，属于B级高度高层建筑。结构计算分析分别采用YJK空间分析程序、Midas Building空间分析软件程序及SAUSAGE进行对比校核计算。在塔楼的弹性分析中，抗震设计考虑了抗震规范规定的地震作用，通过弹性分析可以确定建筑结构的动力特性，其结果表明设计主要指标可以满足相关规范的限值要求。对于风荷载作用下的舒适度，按照10年一遇的风荷载进行了检查，能够满足规范要求。通过中震检查，确保了主体结构能够实现抗震性目标。通过多种软件，对结构的大、中、小抗震性能作出了分析，并确保了结构设计能满足抗震性能目标的实现。进行了动力弹塑性分析，对结构整体性能和关键构件的塑性转角进行了检查，结果表明在各地震作用下结构的最大层间位移、塑性变形能满足性能目标的要求，各地震作用下，各构件承载力能满足性能目标的要求。对二至四层大开洞处的楼板进行了多遇地震以及设防地震下的楼板应力分析，计算结果表明楼板混凝土及钢筋满足性能目标要求。进行了特征值屈曲分析，找出了关于穿层柱失稳的屈曲模态及相应的屈曲系数，结果表明穿层柱具有足够的稳定性富余，满足规范要求。

根据多软件计算分析及计算结果，本工程的主体结构完全满足“小震不坏，中震能修，大震不倒”的目标。

根据计算分析结果，对结构薄弱部位进行相应的加强处理，相应的措施包括：

①底部加强区上伸2层，加大底部加强区框架梁柱截面，增加底部加强区剪力墙墙厚及配筋，配筋率至0.30～0.35%，加大连梁两端大震中出现塑性铰处剪力墙暗柱配筋及配箍率，提高其抗剪承载力；

②增强墙长大于8 m的墙及翼墙的纵向配筋率至1.2～1.5%，水平配筋率至0.30～0.35%，并严格控制其轴压比；

③对于底部加强区出现小偏拉的竖向构件，在设计时按《高层混凝土结构规程》中规定特一级构造以提高其抗震性能；

④增大楼板大开洞处周围楼板配筋以提高其承载力，相应穿层柱箍筋全高加密；

⑤顶部竖向收进处框架柱抗震构造等级提高至一级，退台处楼板加厚至160 mm，双层双向配筋；

⑥楼、电梯井处剪力墙按筒体进行加强，转角处从上至下设置约束边缘构件；

⑦塔楼背面与地下室顶板存在高差处须加强框架刚度，加密柱箍筋，边梁采用加腋构造。

5 结语

本工程建筑属于B类高层建筑，经对结构进行多模型、多软件及线性和非线性结构分析，结果表明结构在大震、中震、小震以及风荷载的作用下,建筑结构性能和状态都能达到设计的预期目标和国家相关规范的要求。

本工程结构抗震超限审查已经在湖南省超限高层建筑抗震设防审查专家委员会上评审通过，并结合专家建议和审查意见完成了结构施工图的设计。