摘要：本文主要对带转换层高层建筑结构抗震设计进行了探讨，以供同仁参考。
关键词：高层建筑；框架-核心筒结构；钢骨柱
一、工程概况
某高层建筑项目，占地约26323平方米，是由裙房和一栋塔楼组成，地下1层，局部2层（塔楼范围），地上39层。功能包括酒店、服务式公寓、餐饮及地下车库、设备房等，工程总建筑面积94593m2。工程主楼采用框架-核心筒结构体系，裙楼采用框架结构体系，塔楼地下室至21层设置钢骨柱。
根据工程场地的地震安全性评价报告，场地地震基本烈度为VII度，根据《建筑工程抗震设防分类标准》工程属丙类建筑，根据《建筑抗震设计规范》丙类建筑按本地区抗震设防烈度计算地震作用和采取抗震措施,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，工程框架及剪力墙抗震等级均为一级，剪力墙底部加强部位为地下二层~四层。
二、基础设计
场地工程地质条件如下表所示，根据场地岩面的分布及不同工程不同位置柱脚内力的大小，基础采用人工挖孔混凝土灌注桩，其中塔楼范围桩端持力层为微风化岩，桩端进入稳定的微风化岩0.5m；裙楼范围桩端持力层为中风化岩，桩端进入稳定的中风化岩0.5m；纯地下室部分桩端持力层为强风化岩，桩端进入稳定的强风化岩2d（d为桩径）。
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三、结构设计
（1）标准层平面
工程建筑地面以上共39层，裙楼三层（裙楼屋面标高16.5米），塔楼34层（屋面标高148.15米），出屋面小塔楼高7.4米。结构高宽比：146.9/34.5=4.26。工程主楼采用框架-核心筒结构体系，裙楼采用框架结构体系。左下图为塔楼标准层平面。
（2）结构平面设计
由标准层平面图可看出，结构布置基本对称，但结构Y向尺度远比X向尺度小，限于建筑要求，核心筒Y向宽度只有10.0m，小于筒体总高度的1/12。若外框为纯框架（不带剪力墙），经计算结构的Y向抗倾覆能力很差，在把底部核心筒外墙增至700厚且外框柱截面增至1200x2000的条件下，结构的Y向刚重比才达到1.6勉强满足规范的抗倾覆要求，且与其X向刚重比相差较大。因此，根据建筑使用功能和平面布置，在不影响建筑外观和使用要求的条件下，在外框四角各增设了6.2m长的剪力墙，工程的Y向抗倾覆能力显著提高，Y向刚重比达到3.0，与X向的刚重比3.4也很接近，这样结构布置才较为合理。
同时由于Y向核心筒外墙与外框柱之间的中距大于10m，设计中采取在塔楼下部从地下室至21层的南北向外框柱内设置钢骨的措施，以提高结构的延性和控制柱的轴压比（钢骨柱最大轴压比0.69）。右上图为钢骨柱大样。
经过结构布置的合理调整，把核心筒外墙厚度控制在550mm以内，南北两侧外框柱截面控制在1000x1500以内，既满足结构需要也很好地满足了建筑外观及使用要求。
（3）结构计算
结构分析分别采用PKPM-SATWE（2005.08版）和ETABS（9.05版）两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力和位移计算，由于工程在7层和39层设有两个楼面有大开洞的设备层，在ETABS计算模型中考虑了设备层楼板的弹性变形，同时由于首层±0.00楼面比室外地面高出1.50米，不宜定为嵌固层，故将地下一层设为嵌固层。
（1）下面为整体分析的主要计算结果：
两个程序的计算结果较接近，没有出现原则性冲突或矛盾的结果，二者计算的的结构刚度略有差别；SATWE和ETABS计算结果，地震作用满足抗震规范和高规的规定；在地震作用下，结构的楼层层间最大位移角满足规范要求；工程按100年一遇、地面粗糙度C类情况下的风荷载作用时结构层间最大位移角满足规程要求；SATEWE和ETABS计算结果均显示在裙楼存在扭转不规则的情况，但比值不大于1.4（最大1.40）在规范容许范围内。SATEWE和ETABS计算结果Tt/T1的比值均小于0.85。
（2）选用三组加速度时程曲线进行了多遇地震作用下的弹性动力时程分析，多遇地震作用时，时程分析的顶点位移、楼层弯矩、楼层剪力、层间位移角计算结果的统计值均小于考虑扭转藕连的振型分解反应谱法，结构的X向和Y向变形曲线的特征与振型分解反应谱法的特征一样。
（3）运用PMSAP对裙楼及塔楼标准层楼板进行有限元分析，计算结果显示，在水平地震作用下，标准层楼板应力小于混凝土抗拉和抗压强度设计值1.43Mpa和14.3MPa；裙楼楼板在X向地震作用下局部位置的X向正应力大于混凝土抗拉强度，设计中通过在这些部位加强楼板配筋来控制楼板裂缝；考虑到塔楼核心筒及其四周的楼板应力较大，设计中加厚这些部位的楼板厚度，并提高配筋率，配置双向双层通长钢筋网。
（4）由于塔楼在7层以及39层设有大开洞的机电设备层，鉴于机电层楼板过少，在SATWE中还补充计算了不带设备层（只把设备层的荷载加到下一层的竖向构件上）的计算模型，跟带设备层的模型比较，周期、地震力、刚重比、最大位移和位移比都很接近，只在忽略设备层后其上一计算层由于层高变高，该楼层的受剪承载力变小和位移变大，其墙、柱配筋也比带设备层时大，设计时墙、柱配筋取带设备层和不带设备层两种计算结果做包络设计。
四、结语
本工程为B级高度的单塔高层建筑，有2项体形的规则性指标超限。主要是裙楼平面扭转不规则和局部楼板不连续。设计中通过结构布置的调整，本工程在多遇地震作用下的结构层间位移角（<1/800）、结构的扭转规则性（≤1.4）、竖向构件的轴压比（普通框架柱最大轴压比0.69；钢骨柱最大轴压比0.69；墙肢最大轴压比0.50）均能满足规范要求。
设计中还采用不同的整体分析软件进行计算分析比较，并且在设计中综合考虑了对结构构件抗震等级、内力调整、剪压比、结构材料等方面的加强措施，来保证结构达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，同时也期望能最大限度地满足建筑功能的要求。
参考文献
[1]GB50010-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京中国建筑工业出版社，2010.
论文作者:苏明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/22
标签：结构论文; 塔楼论文; 楼板论文; 位移论文; 工程论文; 建筑论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第15期论文;