上海创霖建筑规划设计有限公司合肥分公司 合肥 230000
摘要：合肥富华中港城写字楼结构高度201.6米，为超B级高度的超高层结构，采用底部为钢骨混凝土柱的现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构。本工程采用性能化设计对结构进行分析论证，采用SATWE和MIDAS两种软件对比计算，进行小震、中震计算，进行大震弹塑性动力时程分析验算。结果表明：本结构方案具有较高的抗震性能，能较好地实现结构抗震性能目标。
关键词：超限；性能设计；弹塑性时程分析；抗震措施
1 工程概况
合肥富华中港城项目位于合肥市高新区,总建筑面积为87528.6㎡，建筑高度221.6 m，结构平面边长44.4m的正方形,结构至主要屋面的总高度为 201.6m，地上47层，地下3层，首层、二层、三层高分别为为 6.0 米、 5.0 米、5.8米，标准层层高 4.2 米，室内外高差为 0.45 米。避难层设于 16层、32层，屋顶为直升机停机坪。建筑效果图见图一。
结构设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.1g,设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，特征周期0.35S。
2 结构体系及布置
本工程为超B级高度的超高层结构，采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，楼板为现浇梁板结构。外围采用稀柱框架，利用核心筒集中布剪力墙，为减小柱截面和增加抗震延性,
图二 标准层结构平面图
基础至六层的框架柱采用钢骨混凝土柱。标准层结构平面见图二。楼面采用传力直接的单向梁结构，四角采用刚度大的井字梁结构。结构专业和建筑方案密切配合并结合平面双轴对称及方形的特点，优化核心筒布置，使核心筒自身在两主轴方向抗侧刚度基本一致，保证了结构X及Y两主轴方向动力特性一致。 除角柱外，所有其它外围柱做到了分别和核心筒的外墙、内墙在平面内的刚性相连接,大大增强了外围
框架柱和核心筒间连接刚度和变形协调能力，增强了结构二道抗震设防能力。结构高宽比(4.54)及核心筒高宽比(10.08)均小于规范的限制。经过科学谋划和精心设计，宏观上，使本工程结构体系和布置具有较高的抗侧刚度、良好的抗震性能和经济性。
3 结构超限情况及性能目标
由于结构布置合理，计算和分析结果表明，本结构不存在平面及竖向不规则等抗震超限项，仅结构高度超B级适用高度，属于超B级的超限高层建筑。为使结构满足规范三水准的抗震设防目标要求，结构设计采用性能化设计方法。综合考虑设防类别、设防烈度、场地条件、超限情况、及建造费用、震后损失及修复难易程度等，确定本工程为C级抗震性能目标，具体详见表1 :
表1 结构抗震性能目标
4.2 小震弹性动力时程分析
本工程小震弹性动力时程分析采用七组地震波，其中五组为双向天然波（USER1～USER5）,另外两组为双向人工波（USER6、USER7）。地震波的持续时间均大于15s和5倍基本自振周期，地震波的时间间距为0.02s。
单组波时程曲线计算所得结构基底剪力与CQC法基底剪力之比最小值为88%，最大值为116%，满足规范要求的单条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法（CQC法）计算结果的65%，也不大于CQC法135%的规定，七组波时程曲线计算所得基底剪力平均值与CQC法计算基底剪力比为98%，满足规范规定的多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于CQC法计算结果的80%，也不大于CQC法结果的120%的要求。
七组波时程曲线计算所得基底剪力、最大层间位移角均小于CQC法的结果，说明按规范反应谱的计算结果是偏于安全的。但从各层所受剪力看，七组波的平均值的楼层剪力在24层以上略大于CQC法的计算结果（最大层偏大6.5%），设计时把24层及以上楼层地震剪力放大1.065倍，以满足结构安全要求。
4.3 中震分析
根据中震地震水准下的抗震性能目标的要求，本工程进行了中震弹性、中震不屈服计算。中震弹性下除首层剪力墙有一片短墙肢有拉应力（拉应力不超过混凝土抗拉强度）外，其他所有剪力墙处于受压状态。中震弹性下所有剪力墙、框架柱的抗剪及抗弯均处于弹性工作状态，且仅少数墙肢端受弯钢筋比小震弹性结果有少许增加。有少部分连梁受弯屈服，个别框架梁受弯屈服，所有梁均未抗剪屈服。
4.4大震作用下结构动力弹塑性分析
本工程大震弹塑性时程分析采用三组地震波，其中1组为双向人工波，2组为双向天然波，分别为人工波RG1(L740-1，L740-2),天然波TR1(L0397，L0398)、天然波TR2(L0523，L0524)。每条波的时间间隔均为0.02秒，有效作用时间均满足规范要求的不小于5倍基本自振周期和15秒的要求，地震有效峰值加速度为220cm/s2。地震波考虑x、y方向双向输入，主次方向有效峰值加速度比例为1:0.85；阻尼比为0.05；考虑结构初始竖向荷载，并考虑初始荷载引起的位移；考虑结构的P-Δ效应。
大震弹塑性分析结果如下：在整个时程过程中，从基底到屋面的所有框架柱均处于弹性工作状态，仅出屋面塔楼因鞭稍效应处于开裂而未屈服状态。核心筒剪力墙混凝土在水平、竖向及剪切向大部分处于弹性工作状态，但加强区一部分墙处于开裂或屈服前状态，极少部分墙肢剪切变形屈服；连梁在5s时即有相当一部分达到屈服，且屈服早于框架梁发生，在时程结束时连梁损坏较为严重。
图三 规范谱与地震波谱对比图
各波的最大层间弹塑性位移角及层剪力曲线较平滑，未反映出薄弱层，最大层间弹塑性位移角为1/175，满足1/100的位移角限值要求，整体上满足“大震不倒”的性能目标要求。
5结束语
根据国家有关规定，对本超高层结构设定了不低于C级的抗震性能目标，采用了基于性能的抗震设计方法，通过小震弹性分析、弹性时程分析、中震弹性和不屈服分析、大震弹塑性分析，结果表明，结构整体和各构件的抗震性能均能达到设定的预期目标，满足抗震规范提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目标要求。由于本项目方案阶段充分重视了结构的合理性、规则性，使得虽然本工程为高达200多米的超B级高层，但仍获得了优良的结构抗震性能，采用钢筋混凝土结构既能较好地实现本工程的抗震性能目标。
参考文献：
[1] GB50011-2010《建筑抗震设计规范》,中国建筑工业出版社，2016
[2] JGJ3-2010 《高层建筑混凝土结构技术规程》 ，中国建筑工业出版社，2011
[3] 建质【2015】67号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,2015
论文作者:张广兵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/8/26
标签：结构论文; 剪力论文; 性能论文; 塑性论文; 弹性论文; 目标论文; 地震波论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;