孙强
（辽宁省建筑设计研究院,沈阳110005）
【摘 要】沈阳市新世界商业中心二期主塔楼高度139.95m，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。该结构存在平面凹凸不规则、扭转不规则(扭转位移比为1.39)和塔楼偏置(局部楼层偏心距大于15%)两项不规则，属特别不规则的超限高层建筑。论文对其结构进行了小震、中震及大震作用下的结构分析，并针对性地采取了抗震构造措施，以保证结构安全。
【关键词】框架-剪力墙；超限高层；弹性时程分析
【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.04.002
本项目地块位于沈阳市和平区，东至南京南街，南至南一马路，西至南宁南街，北至中华路。用地四周形成环路，交通便利。其中一期地块面积6 808.5m2，现本案二期地块面积7 667.2m2，总建筑面积96 025.260m2。其中，地下室建筑面积25689.56m2、地上建筑面积70 335.7m2。设计室内±0.000m相当于绝对高程42.950m，室内外高差0.250m。地上共31层，地下4层，主屋面高度为139.95m。本工程地下2层至地下4层为车库及主要机电设备用房，地下4层层高为4.60m，地下2～3层层高均为3.85m；地下1层与地上5层裙房为商场，地下1层层高为5.30m，裙房1层层高为6.50m，2～4层均为5.20m，5层层高为5.55m，裙房的主屋面高度为27.65m；裙房以上主楼为26层的办公楼，各层层高为4.3m，屋面层层高为4.55m，顶部另有1层5.95m高的电梯机房层，主楼与裙房结构上连为一体。
本工程结构型式为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，本工程主楼的结构高度为139.95m，7度抗震设防，超过A级高度钢筋混凝土框架 -剪力墙结构的最大适用高度 120m (120m＜139.95m＜140m)属B级高度，为高度超限高层建筑，同时存在平面凹凸不规则、扭转不规则(扭转位移比为1.39)和塔楼偏置(局部楼层偏心距大于15%)两项不规则，为扭转不规则、塔楼偏置的特别不规则的超A级高层建筑[3，4]。图1是该工程效果图，图2是该工程剖面图。
2.1 抗侧力体系
结构采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，底部加强部位塔楼范围内框架柱采用型钢混凝土柱，剪力墙根据中大震要求局部边缘构件内设置型钢。剪力墙厚度基于设计强度和抗侧力刚度并兼顾楼层上下刚度比而定。剪力墙外墙厚度和混凝土的强度自地下室至顶层变化。
为增加加强区层构件的延性和减少构件的尺寸，在底部加强区层设置型钢暗柱。核心筒连梁的高度为800mm，宽度等同于墙体的厚度。
图1 工程效果图
2.2 楼板体系
楼面采用双向/单向布置的混凝土楼面梁板，户内梁的布置可灵活按房间的布置进行调整。经计算在扣除施工阶段合理起拱值，挠度满足规范要求。
本工程地下4层，地下室底板顶标高为-17.60m，基础采用平板式筏型基础，塔楼部分地下室底板厚度为3.5m/4.0m，基础底板底标高为-21.1m/21.6m，基础持力层为第⑤层砾砂，地基承载力特征值为500kPa。核心筒下电梯基坑深5.0m，基础底板底标高为-26.6m，基础持力层为第⑥层圆砾，地基承载力特征值为600kPa.；裙房地下室底板厚度为1.80m，基础底板底标高为-19.4mm。基础持力层为第⑤层砾砂，地基承载力特征值为500kPa。根据地质勘察报告，基础均采用筏板基础，剪力墙核心筒部位底板厚度为4000mm，主楼下筏板基础厚度为3 500mm，其余裙房及地下室部分筏板基础厚度为1800mm。裙房及地下室部分重量较小，这部分结构将因地下水压力而产生向上的浮力作用，故在裙房及地下室部分底板下设置抗浮桩。
4.1 结构抗震性能目标
本工程高度超限，并且存在扭转不规则、偏心布置级凹凸不规则，按照规范要求，需要进行小震和中震的抗震设计并采取相应的抗震构造措施，并满足大震的性能要求。本项目的抗震设计在满足国家、辽宁省、沈阳市的规范外，将根据性能化抗震设计概念进行设计，综合考虑建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，主要结构构件的抗震设计性能目标详列表1。
表1 抗震设计性能目标
抗震烈度(参考级别) 1.多遇地震 2.设防烈度地震 3.预估的罕遇地震性能水准描述 完全运行 基本运行 生命安全(防止倒塌)层间位移角限值 1/800 1/100结构工作特性 弹性 允许部分次要构件屈服 允许进入塑性,控制楼层位移剪力墙 弹性 复核截面受剪面限制条件,控制整体结构变形竖 向 构 件底部加强区:斜截面弹性,正截面不屈服,其他楼层斜截面不屈服,正截面不屈服框架柱 复核截面受剪面限制条件,控制整体结构变形底部加强区:斜截面弹性,正截面弹性,其他按楼层斜截面不屈服,正截面不屈服框架梁 允许进入塑性,正截面允许屈服,斜截面不屈服构件性能水 水 平 构 件控制结构整体变形与剪力墙相连的梁控制结构整体变形剪力墙连梁允许进入塑性,正截面允许屈服,斜截面不屈服允许进入塑性,正截面允许屈服,斜截面不屈服控制结构整体变形节点 在最不利工况下不坏,满足强节点弱构件的抗震要求
5.1 小震弹性分析结果对比（见表2）
本工程采用PKPM及ETABS两种软件进行对比分析，从线弹性分析结果来看，结构具有合适的刚度，满足规范各种指标的控制要求。两种计算软件分析结果，两种程序的反应谱分析结果之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做的判断，结构是合理的，计算结果均满足现行国家规范及规程的要求。
表2 PKPM-SATWE和ETABS周期计算结果
PKPM-SATWE ETABS
按照《建筑抗震设计规范》[1]的要求，采用2组实际记录和1组人工模拟的加速度时程曲线作为输入进行多遇双向地震弹性时程分析，并与规范反应谱分析进行了对比，进一步验证弹性分析结果的正确性，保证项目的结构安全、可行（见图3）。
图3 设计采用的地震波反应谱与规范对比
根据GB50011—2010《建筑抗震设计规范》第5.1.2条第3款及JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]第4.3.4条第3款的规定，本工程应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。选用《安评报告》提供的适合于本工程场地的五组实际强震记录天然波和两组人工波5010-1和人工波5063-1设计，作为时程分析的加速度时程曲线。由于振型分解反应谱法结构整体分析中考虑双向地震作用，所以弹性时程分析时也考虑了双向地震波的输入，使两种方法的可比性更强，双向地震波的峰值加速度输入比为1：0.85，弹性时程分析所取的主分量峰值加速度为42cm/s2，次分量峰值加速度为35.7cm/s2，阻尼比为0.05（见表3）。
经验算，有关构件均能满足设定的抗震性能的要求。
本工程主楼为B级高度高层建筑，存在扭转不规则（考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2）和塔楼偏置，根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》表3.4.2-2的规定，本工程属于竖向不规则结构。因此，宜进行在罕遇地震作用下弹塑性变形验算。根据JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.11.4条，本工程的弹塑性变形验算采用弹塑性静力推覆分析进行。
罕遇地震下的最大弹塑性层间位移角90°方向为1/265（为最大值），0°方向为1/285，能满足规范1/100的限值要求。剪力墙的连梁在地震作用下作为第一道抗震防线首先消耗能量，出现塑性铰，达到预目标。结构在整个推覆过程中情况良好，在罕遇地震下仍具有较稳定的抗侧推能力。
表3 EDA与CQC法基底剪力计算结构比较表
荷载工况 X/kN (EDA/CQC)/% Y/kN (EDA/CQC)/% AT632-N 19712.6 84.9 16754.2 66.2 AT632-P 22038.1 94.9 18381.5 72.7 AT634-P 28390.1 122.2 24249.8 96.0 AT635-N 21681.8 93.3 18311.9 72.5 AT636-N 23462.5 101.0 19893.6 78.7
9.1 采用合理的基础设计方案
将主楼结构剪力墙下基础底板连成一片并适当增加其厚度，以提高基础的整体性和刚度，抵抗由地震作用、风荷载作用产生的基底弯矩。
9.2 提高建筑物底部的抗震性能
1)增加设置约束边缘构件的层数，具体设计时轴压比≥0.3的墙肢均设置约束边缘构件；
2)底部加强部位的剪力墙的抗剪承载力在设计中按照中震弹性进行复核；
3)底部加强部位的剪力墙的抗弯承载能力在设计中按照中震不屈服进行复核；
4)大震下柱、墙肢剪力满足规范规定的大震标准组合下截面控制条件。
9.3 针对扭转不规则所采取的概念设计及构造措施
1)在梁高受限的情况下，采用较大梁宽来增大框架的刚度，以增强结构抗扭刚度。
2)由于本工程体型较为特殊,筒心偏置,为提高建筑物的延性,基础至裙楼顶层柱采用型钢混凝土柱，剪力墙在底部加强区高度范围内加设型钢柱,提高底部加强区剪力墙的配筋率，水平筋与竖向筋的构造配筋率均提高至0.40%。
本工程属于竖向规则而平面及扭转不规则、高度超限的超限高层建筑。本工程虽然超限，但结构布置合理，并对结构的薄弱处采取了有效的构造加强措施，使得结构仍具有良好的抗震性能，计算结果满足现行规范要求。
本工程通过用SATWE及ETABS二种程序计算，结果相差不大，结构动力特性基本吻合，分别计算的周期、层间位移角及位移比值接近，各类指标均在合理范围内，且满足现行规范的要求，说明计算所选程序合适，计算结果可靠。
在计算中均计入扭转的影响，考虑了双向地震扭转效应，并且在振型数量上考虑了较多的振型，以使质量参与系数不小于90%，并进行了弹性时程分析。为达到抗震时对整体结构提出的预期性能目标，本工程进行了竖向构件的中震不屈服和中震弹性验算。对于大震，进行了静定弹塑性分析(PUSHOVER)，目的是进一步了解结构的弹塑性性能，得到结构在罕遇地震下的抗倒塌能力，可知罕遇地震下的最大弹塑性层间位移角满足规范1/100的要求。结构在整个推覆过程中情况良好，在罕遇地震下仍具有较稳定的推覆能力。当推覆力达到罕遇地震对应基地剪力值时，结构仍能继续有效工作，抗倒塌能力达到要求，满足“大震不倒”的设防目标。
本工程目前已完成主体部分施工，正在进行室内装修工程，结构工作状态良好，符合设计预期。
【参考文献】
【1】GB50001—2010建筑抗震设计规范[S].
【2】JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].
【3】徐培福，傅学怡，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
【4】辽宁省建筑设计研究院.沈阳新世界商业中心二期结构抗震超限设计可行性论证报告[R].2015.
Business Center Phase IITransfinite High-rise StructureDesign in the NewWorld
SUN Qiang
（LiaoningProvincialBuildingDesign&Research Institute,Shenyang 110005,China）
【Abstract】TheNewWorld TradeCenterin themain toweris139.95m height,the reinforced concrete frameshearwall structure,thestructureoftheexistenceofplaneconcaveconvex irregular,irregulartorsion(torsiondisplacementratio is 1.39)and towerbias(localflooreccentricity isgreaterthan15%)two isirregular,especially irregulartallbuilding.The structure of the structural analysis of small earthquakes,earthquake and large earthquake,and to take anti-seism ic measures,ensurethesafetyofthestructure.
【Keywords】frameshearwall;superhigh-rise;elastictimehistoryanalysis
【中图分类号】TU973.3
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2017）04-0021-04
【收稿日期】2016-12-27
【作者简介】孙强（1981~），男，山东德州人，高级工程师，从事建筑结构设计与研究。
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