陕西省建筑设计研究院有限责任公司 陕西省西安市 710018
摘要：某超高层塔楼采用设置加强层的钢管混凝土框架-核心筒结构，采用SATWE及《结构大师Midas Building》对结构进行分析计算，本文主要介绍结构的设计特点以及其多遇地震弹性时程分析，计算结果表明其满足抗震性能的要求。
关键词：超高层结构；钢管混凝土框架；振型分解反应谱法；弹性时程分析；
1 工程概况
该塔楼共38层，标准层层高为3.9m，8层和22层为设备层，层高为5.4m，房屋总高度为161.05m，标准层平面尺寸为50.6mx37.4m，根据建筑功能和结合结构受力的要求，采用设置加强层的钢管混凝土框架-核心筒结构。外围钢管混凝土柱截面由1400x28mm逐渐减小至900x12mm，核心筒外墙厚度从下至上由800mm逐渐减小至400mm。混凝土标号由C60减小至C40，其中为避免出现竖向变截面及混凝土标号带来的薄弱部位，截面与混凝土标号变化错开布置。
8度设防，地面加速度0.2g，Ⅱ类场地，特征周期0.35s，阻尼比0.04。
2 超限判别及针对超限情况的抗震设计措施及对策
2.1 超限判别
本工程超限内容为：高度超限，两项一般不规则为：扭转不规则及穿层柱。
2.2 结构计算分析针对性措施
1：采用SATWE和Midas Building两种不同力学模型的三维空间结构分析软件进行内力和整体计算，对计算结果进行分析对比，保证计算结果的正确性。
2：采用弹性动力时程分析补充计算，按时程分析层间剪力和反应谱层间剪力的包络值调整反应谱分析构件内力。
3 多遇地震（小震）及风荷载作用下结构分析
3.1多遇地震主要计算参数
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》考虑平扭耦连的扭转效应，考虑偶然偏心影响，考虑双向地震扭转效应；振型数取24个，使得振型参与质量大于总质量的90%；计算整体参数时，连梁刚度折减系数取1.0；考虑到裙房以上标准层内填充墙很少，外墙为玻璃幕墙，周期折减系数取0.95；加强层楼板定义为弹性膜，其余层楼板定义为刚性板。
3.2多遇地震作用下结构分析
以下是SATWE和Midas Building主要计算结果对比可知，本工程最大楼层框架承担的剪力比例超过10%，但较多楼层框架承担的剪力比例小于20%，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.11条，应对框架承担剪力进行调整。考虑到本工程为高度超限建筑，调整系数在规范基础上进行一定程度的放大，按min（0.25V0，1.8Vfmax），进行调整。
4多遇地震弹性时程分析
4.1 弹性时程分析法的目的
为了确保复杂结构的抗震安全性，将弹性时程分析法作为振型分解反应谱法的一种补充计算方法。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，本建筑为超限高层结构，需要进行弹性动力时程分析。将两种方法得到的结构底部剪力、楼层剪力和层间位移角进行比较，当时程分析法大于振型分解反应谱法时，对相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。
4.2 地震波频谱特性
多遇地震时程分析时地震加速度峰值为70gal，次方向地震加速度峰值取0.85倍主方向峰值，为59.5gal。本工程共选取了七条加速度时程曲线，其中天然波为5条，人工波为2条，天然波数量不少于总数量的2/3。其中USER1、TH1TG055、TH2TG035、TH3TG075和TH4TG075为天然波，USER1631和USER1633为人工波。
多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符（即多组地震波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%）。所选地震波满足规范要求。
4.3 弹性时程分析结果
1）SATWE反应谱法、弹性时程分析基底剪力对比（表中Vcx为CQC法基底剪力）
（1）根据SATWE反应谱法、弹性时程分析基底剪力对比表格可知，每条时程曲线计算所得结构基底剪力均大于振型分解反应谱法的65%，三条时程曲线计算所得结构基底剪力的平均值大于振型分解反应谱法的80%，地震波的选择满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.5条规定。
（2）根据SATWE反应谱法、弹性时程分析楼层剪力对比图和弹性时程分析楼层地震剪力调整系数图可以发现，底部四层裙房弹性时程分析楼层地震剪力大于CQC法地震剪力，五~十八层弹性时程分析楼层地震剪力小于CQC法地震剪力，十九层及以上楼层弹性时程分析地震剪力大于CQC法地震剪力。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5第4条：结构地震作用效应取时程分析法计算结果的平均值和振型分解反应谱法计算结果的较大值进行设计。为偏于安全设计，将反应谱法中“地震剪力放大系数”取X和Y两个方向的包络值。
结论
1）本工程采用的SATWE与midas Building两个程序的计算结果基本一致，说明软件选用得当，数据输入准确，分析结论可信。
2）计算结果显示，在考虑偶然偏心的规定水平力地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值，SATWE计算时X向为1.22，Y向为1.25，Midas Building计算时X向为1.16，Y向为1.36，均满足规范要求；本工程SATWE计算周期比为0.61，Midas Building计算周期比0.65，平动为主的第一自振周期T1的扭转成分为0，满足规范要求。
3）经验算，本工程21F/22F侧向刚度比值为0.92（X）、0.92（Y），均满足规范不小于0.9的要求，在加强层下一层未出现软弱层；本工程最小抗剪承载力比值为0.8（4F/5F），满足规范要求。本工程核心筒剪力墙轴压比不大于0.43，满足规范要求。
结束语
通过以上分析，认为本工程结构布置合理，受力形态合理，各部分构件能够满足第一水准的抗震设计要求。
参考文献：
[1]陕西大地地震工程勘察中心.延长石油科研中心工程场地地震安全性评估报告[R].2012
[2]GB 50011 - 2001.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.
论文作者:刘庆梅,任家福
论文发表刊物:《建筑细部》2018年1月下
论文发表时间:2018/8/15
标签：剪力论文; 弹性论文; 结构论文; 楼层论文; 系数论文; 工程论文; 分解论文; 《建筑细部》2018年1月下论文;