周建松 李曉光 崔延衛(wèi) 李建新 吳述明
1．工程概況
建業(yè)•天筑項目位于鄭州市鄭東新區(qū)東風(fēng)南路與榆林南路交叉口西南角，由五棟37層住宅樓、3棟31層住宅樓，2棟20層住宅樓及部分臨街商業(yè)和2層的地下車庫組成，其中11#樓為37層住宅樓，由3個建筑單元組成，建筑物總長86.1m，總寬度21.2m，大屋面高度118.1m，地下2層，地下二層層高3.9m、地下一層層高6.1m，地上37層，一層大堂，層高6.2m，其余地上各層層高均為3.1m?！?.000以上三個建筑單元之間設(shè)抗震縫，±0.000以下連成一體。 剖面圖見圖1。
本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級。
抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g），設(shè)計地震分組為第二組，建筑場地類別為III類，特征周期0.55s，按照8度采取抗震構(gòu)造措施。主樓抗震等級為二級，抗震構(gòu)造措施為一級。
基本風(fēng)壓取0.45kN/ m2（承載力設(shè)計時取0.5 kN/m2），地面粗糙度類別為C類，基本雪壓為0.40kN/m2。
2．結(jié)構(gòu)選型
2.1 結(jié)構(gòu)體系
本樓的結(jié)構(gòu)布置，既要保證整個建筑具有一定的剛度，又要保證住房面積的有效使用，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)體系的全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)體系，豎向抗側(cè)力構(gòu)件上下連續(xù)貫通，在剪力墻布置上，不僅在樓梯、電梯等處形成剛度很大的“內(nèi)筒”，在臥室、客廳、廚房的剪力墻也圍合成了“外筒”，使整個結(jié)構(gòu)形成一個類似于“筒中筒”的抗側(cè)力體系，這樣既能滿足建筑功能的要求，又使整個建筑物具備足夠剛度。標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖2。超高層建筑減輕自重的效果比多層建筑更顯著。自重增大,地震作用即增大,從而使地震作用引起的傾覆力矩增大,豎向構(gòu)件附加軸力增大,從而造成抗側(cè)力構(gòu)件的截面、配筋增大。另外，房屋自重加大會引起基底壓力增加，基礎(chǔ)造價相應(yīng)增大，因此滿足結(jié)構(gòu)剛度需要和墻身穩(wěn)定性的前提下，盡量拉大墻肢長度，增大截面慣性矩，減小剪力墻厚度，減輕房屋自重，既能提高結(jié)構(gòu)抗震能力，也可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。
本樓剪力墻厚度剪力墻厚度及混凝土強度等級見表1。
表1 剪力墻厚度及混凝土強度等級
樓 層
-2～1
2～6
7～11
12～17
18～23
24以上
主要墻厚
400/350
350/300
350/250
250/200
250/200
250/200
混凝土等級
C40
C40
C40
C40
C35
C30
墻厚根據(jù)剛度均勻漸變的原則從下到上逐漸減小，依據(jù)軸壓比來確定混凝土強度等級。地下一層及一層層高較高，墻厚取400/350厚，墻身穩(wěn)定性及軸壓比滿足規(guī)范要求。一層層高為二層層高的2倍，SATWE分析結(jié)果顯示一層側(cè)移剛度與二層側(cè)移剛度的110%比值：X向為1.042，Y向為1.278，滿足高規(guī)第3.5.2條要求。
2.2 結(jié)構(gòu)超限分析
根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3-2010)，針對本工程進(jìn)行超限分析如表2。
表2 超限分析
規(guī)范要求
結(jié)構(gòu)實際情況
結(jié)論
結(jié)構(gòu)類型
全部落地剪力墻
全部落地剪力墻
結(jié)構(gòu)總高度
A級高度
滿足要求
平 面 規(guī) 則 性
扭 轉(zhuǎn)
最大位移比
不宜大于1.2
1.18
滿足要求
Tt/T1
不應(yīng)大于0.9
0.56
滿足要求
凹 凸
樓板凹入或開洞尺寸
凹進(jìn)一側(cè)小于總尺寸35%
凸出21%
滿足要求
開洞面積
≤30%總面積
10%
滿足要求
任一方向樓板最小寬度
≥
-
滿足要求
每一邊樓板最小凈跨
≥
-
滿足要求
豎向
規(guī)則性
側(cè)向剛度
高規(guī)第
≥90%
滿足要求
豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性
連續(xù)
連續(xù)
滿足要求
樓層承載力突變性
≥80%相鄰上一樓層
≥80%
滿足要求
從上表分析可知本工程不屬于超限高層建筑。
3．結(jié)構(gòu)計算
3.1 多遇地震作用下的彈性分析
整體結(jié)構(gòu)分別采用SATWE( 2010版)和盈建科(2012版)軟件進(jìn)行三維空間結(jié)構(gòu)有限元整體計算比較，多遇地震作用下采用振型分解反應(yīng)譜法計算的結(jié)果如表3和表4：
表3 結(jié)構(gòu)自振周期
陣型
SATWE
盈建科（YJK）
周期
X向平動
Y向平動
扭轉(zhuǎn)系數(shù)
周期
X向平動
Y向平動
扭轉(zhuǎn)系數(shù)
1
2.7490
0.99
0.00
0.01
2.9102
0.99
0.00
0.01
2
2.7382
0.00
1.00
0.00
2.8245
0.00
1.00
0.00
3
1.5155
0.02
0.00
0.98
1.5582
0.02
0.00
0.98
表4 層間位移角
荷載工況
SATWE
盈建科（YJK）
規(guī)范限值
X向
Y向
X向
Y向
地震
1/1108(第 22層)
1/1088.(第 30層)
1/1060.(第 21層)
1/1052(第 30層)
1/1000
風(fēng)
1/3461.(第 18層)
1/2096.(第 27層)
1/3222.(第 18層)
1/2000(第 27層)
1/1000
從上表可看出地震起控制作用，且均滿足規(guī)范要求。
3.2 彈性動力時程分析補充驗算
地震波選用中國建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所提供的兩條人工波RH1TG055、RH2TG055及五條天然波TH1TG055、TH3TG055、TH4TG055、Courthouse、Elcentro NS。時程分析時輸入地震加速度的最大值為55cm/s2,時間間距0.02s，地震波的持續(xù)時間均大于結(jié)構(gòu)基本自振周期的5倍。波形圖如圖3，計算結(jié)果見圖4。
由圖4可見，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，七條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)
底部剪力平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，均滿足規(guī)范的要求。綜合時程分析和反應(yīng)譜結(jié)果可看到，時程法計算結(jié)果的平均值比振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果要小，故結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)取振型分解反應(yīng)譜法計算的結(jié)果。
3.3 穩(wěn)定性及舒適度驗算
本樓高寬比為7.4，X向剛重比EJd/GH2=4.67，Y向剛重比 EJd/ GH2=4.71，該結(jié)構(gòu)剛重比大于1.4，能夠通過高規(guī)(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗，且該結(jié)構(gòu)剛重比大于2.7，可以不考慮重力二階效應(yīng)。
房屋高度為118.1m，未超過規(guī)范規(guī)定的150m，故可不進(jìn)行舒適度驗算。
4．結(jié)論
（1）超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑本身的特點采用合適的結(jié)構(gòu)體系、進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)平面布置，保證結(jié)構(gòu)自身具有良好的抗震性能。在設(shè)計時不但要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性, 而且還要考慮到建筑的適用功能，進(jìn)而滿足建筑的安全性、適用性和耐久性的要求。
（2）加大結(jié)構(gòu)平面的有效寬度，充分利用剪力墻豎向承載力。剪力墻宜布置在結(jié)構(gòu)的周邊位置，必要時可利用窗臺位置設(shè)置高連梁以加強抗側(cè)剛度，以有利于發(fā)揮剪力墻的整體剛度。若不影響使用功能，還可將剪力墻延伸至陽臺外邊緣，以減小高寬比較大的不利影響。
（3）超高層結(jié)構(gòu)中的剪力墻盡可能設(shè)置均勻的長墻（應(yīng)小于8ｍ），盡量少設(shè)置短肢墻、獨立墻肢。平面布置時墻盡量對齊，通過連梁或框架梁連成整體，形成貫通整個建筑物結(jié)構(gòu)寬度或長度的多肢墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。
（4）地震效應(yīng)與建筑的重量成正比, 減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。
(作者單位：河南省建筑設(shè)計研究院有限公司)