柯春明 范一江

华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230086

1 工程概况

项目位于合肥市高新技术产业开发区，裙房A4地面之下为两层，地面之上为七层，檐口高度为37.1m。其三维视图详图1。

图1

裙房A4结构类型为框架，柱采用现浇砼柱，北侧大悬挑部分采用钢桁架结构，斜柱及相邻柱采用型钢混凝土柱，楼面梁采用钢筋混凝土梁(其中北侧大悬挑部分梁采用钢梁、东西向大悬挑梁采用型钢混凝土梁），楼盖采用现浇混凝土板（大悬挑部分拟采用轻质混凝土组合楼板）。

本工程框架梁、柱按二级设置抗震等级；大悬挑构件及内部一跨梁柱抗震等级为一级（中震出现拉应力时抗震等级提高为特一级），斜柱及相邻倾斜方向连接框架梁抗震等级为一级，与钢结构连廊连接柱抗震等级为一级，北侧钢结构桁架抗震等级为二级，相连一跨框架抗震等级为一级。

本建筑工程具有扭转不规则、楼板开洞不连续、竖向抗侧力尺寸突变、倾斜柱四个不规则项，属于高层、超限建筑[1]。

2 抗震性能目标、设计措施

2.1 结构抗震性能化设计

按《高规》第3.11节的规定，本工程抗震的性能目标选用D级（关键柱高于D级），即指小震下达到性能1的要求，各构件均为弹性；中震下达到性能4（关键柱满足性能3）的要求，关键柱达到抗剪弹性、正截面不屈服（斜拉杆、根部框梁、与钢桁架相连的柱按弹性复核抗剪、抗弯能力），普通柱抗弯、剪不屈服，耗能构件大部分弯、剪不屈服，悬挑及斜柱根部梁板补充拉应力复核；大震下达到性能5（关键柱达到性能4）的要求，关键柱不屈服、个别构件可以抗弯屈服，普通柱达到受剪截面控制条件，耗能构件可部分破坏较严重[2][3]。

2.2 针对超限情况的设计措施

本项目同时存在扭转不规则，平面凹凸不规则，超长悬挑，存在较多斜柱。针对上述超限，采用相应的措施。

针对平面不规则的措施： 南北方向尺寸较长、且平面开大洞，故对楼板进行应力分析，配筋予以加强。本工程南北超长，东西方向大悬挑，增加楼板厚度，凹角位置边梁加密箍筋，减少平面不规则处应力集中。

针对斜柱的措施：本工程为减小上部悬挑尺寸，一～四层外圈柱采用斜柱，控制斜柱角度约为9°，斜柱采用空间斜杆建模，考虑P-Δ效应。上部东西方向悬挑最大尺度达8.0m，悬挑梁选择型钢砼梁，柱沿悬挑方向加大尺寸以平衡弯矩，且后部增加型钢砼梁相连。

针对大悬挑结构的措施：本工程大悬挑可分为两部分，北边悬挑尺寸达到16.6m，其余外圈悬挑尺寸最大达8.0m。因悬挑尺寸过大，除水平双向地震计算外，还计算竖向的地震作用，两者作用同时考虑，并取前三跨补充分析超长悬挑及悬挑根部构件内力情况，以及整体倾覆分析、抗连续倒塌设计、舒适度分析、施工阶段分析等，与悬挑部分相连楼板采用弹性板单元模拟。对于东西大悬挑部分结构梁采用型钢混凝土梁，控制大悬挑部位结构的变形，对大悬挑部位及内部一跨梁柱抗震等级提高一级。加强悬挑位置楼板配筋。北侧悬挑部分选择钢桁架结构，相连柱采用型钢砼柱，相连一跨增加H型钢斜撑，有效减轻悬挑结构对内部产生的应力水平，结构冗余度较高，楼板选择压型钢板、轻质混凝土组合楼板，减轻结构重量。

针对局部不规则及连廊的措施：连廊拟采用箱形钢梁，与塔楼间设橡胶支座，固定铰支座设在本楼，橡胶支座设在A3楼上；计算时，除考虑竖向荷载及竖向地震作用外，还考虑连廊水平地震作用及风荷载在支座端部的传递，控制大震下本塔楼的变形，尽量减小大震位移量。为提高斜柱性能，斜柱采用型钢混凝土柱，且倾斜方向采用型钢混凝土梁连接，有效的保证了斜柱在倾斜方向产生水平力的传递。倾斜柱按抗震等级提高一级设计，与钢结构连廊相连的柱按一级抗震等级设计，且砼柱内置了型钢。

3 结构计算分析

3.1 多遇地震下的振型分解反应谱法分析

本工程在整体计算分析时，选用了YJK软件及MIDAS BUilding软件。据计算数据显示，小震时各项结构指标均达到规范要求，同时两种软件计算分析基本吻合。扭转Tt/T1周期比不超过0.85，前3个主振型的平扭、耦合作用不明显，结构的抗扭刚度是合适的；层间位移角不大于限值1/550，且富余度较多，结构侧向刚度分布合理。各项设计控制抗震性能指标均达到性能1的要求。

3.2 多遇地震下的弹性时程分析

按照《高规》4.3.5条，弹性时程分析采用符合Ⅱ类场地及设计地震分组的七组加速度时程曲线进行计算，地震动峰值采用安评报告中提供的参数值。据计算，各组地震波的持续时间均大于15s和基本周期的5倍，且各组时程曲线的平均地震影响系数在主要周期点上与场地谱相差小于20%，满足在统计意义上相符的要求。

依据上述计算的结果，并与反应谱数据比较，可得出:

由楼层剪力图得出，部分楼层剪力数值比CQC法的大，在施工图设计时，需根据时程分析的剪力放大、调整CQC法的楼层剪力，进而调整相关的构件内力及配筋。

因此，弹性时程法的结果满足相关规范规定。

3.3 设防烈度地震反应分析

中震按《高规》第3.11节内容进行分析，采用不计入风荷载效应的地震作用效应组合；中震弹性结构阻尼比4%；中震不屈服结构阻尼比5%。

中震计算结果表明仅有少量框架梁进入屈服状态，关键柱满足性能设计要求；重要关键柱（北侧长悬挑部位）均弹性，该构件施工图中按小震、中震包络设计；耗能构件仅少部分出现屈服现象，且框梁抗剪均未出现屈服现象，施工图按多遇地震设计。

经计算，悬挑根部三排柱中震弹性下均出现拉力，本工程受拉位置柱均已采用型钢砼柱，其抗震按特一级设计。

结论：对于中震下各项设计控制指标，关键构件可达到性能水准3、其余达到性能水准4的要求。

3.4 罕遇地震反应分析

本报告采用YJK软件对结构进行动力弹塑性分析，弹塑性时程分析法采用3条输入地震时程曲线，结构弹塑性整体计算指标评价：

动力弹塑性分析完成后，最大结构顶点位移大约是0.233m，在考虑重力二阶效应、大变形之后，结构最终仍能直立，达到“大震不倒”的目标；最大结构弹塑性层间位移角X 向为 1/127、 Y向为 1/276，均小于1/50的规范要求；框架柱在大震下局部轻微受拉损坏，余未损坏；大部分框梁处于轻微损坏状态，余未损伤。大震时各控制指标均达到性能水准4的要求。

3.5 竖向地震

根据《高规》10.6.4条，本工程计算考虑竖向地震影响，增加竖向地震作用组合。

规范中虽未给出7度0.1g的竖向地震作用系数，但参考《高规》表4.3.15及相关文献，竖向地震最小作用系数可按0.05取。本工程关键部位为长悬挑部分，对该部分构件中震弹性设计——每榀钢桁架按双向水平地震、竖向地震作用同时组合[2]。

3.6 抗连续倒塌设计

根据《高规》第3.12条，安全等级为一级的高层建筑结构应满足抗连续倒塌概念设计要求；有特殊要求时，可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。本工程安全等级虽为二级，但悬挑尺寸过大，因此，对北侧大悬挑钢桁架采取抗连续倒塌设计。

根据抗连续倒塌概念设计原则，本工程采用钢桁架设计大悬挑部分，因桁架侧面仍有8.0m长悬挑，故次梁与桁架梁间均采用刚接，结构整体性强，且桁架具有承受一定的反向承载能力。根据拆除构件法的规定，钢桁架部分重要构件选取7个位置，位置1～位置3位轴力相对较大位置，位置4、5为弯矩相对较大位置，位置6、7为剪力相对较大位置。因角部构件拆除后内力重分布卸载作用小，故均拆除角部构件进行分析。经分析，拆除上述构件后，悬挑部分仍未连续倒塌，达到抗连续倒塌设计目的。

4 总结

综上所述，充分利用概念方法进行设计，确保各项指标均达到规范的有关规定。在设计中，设立了抗震性能化指标，针对超限情况采取了多种设计措施，针对关键的构件补充中震、罕遇地震下的验算，确保整体安全。故此，本工程除能达到竖向荷载、风荷载作用下的有关指标外，尚满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。