1、浅谈超高层结构的抗震和超限设计摘 要：天津滨海新区于家堡金融区 03-16 地块是我院(华汇设计)2010 年度的重点工程，总高度 233.850 米，属超 B 级高度超限高层，已于 2012 年主体竣工。本人有幸参与该工程的部分结构设计，并全程指导了现场施工。本文结合了该工程的具体设计过程，探讨了超高层结构的抗震和超限设计的设计要点及抗震构造措施。 关键词：筒中筒结构；抗震等级；B 级超限；抗震构造加强措施 中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 本工程位于天津滨海新区于家堡金融区内。由一栋超高层主楼与两栋附楼组成，设三层地下室，地下三层高 4.800 米，
2、地下二层高 3.90 米，地下一层高 5.650 米。地上主楼 54 层，总高 233.850 米，首层层高 6.0米，二层、三层层高 5.4 米，避难层层高 5.1 米，其它标准层层高 4.2米，采用筒中筒结构。附楼 A 地上四层，总高度 21.150 米,采用框架结构。附楼 B 地上 7 层，总高度 34.950 米，采用框架剪力墙结构。主楼地上部分设抗震缝与附楼断开，地下室连成整体不设缝。 2 抗震设计 2.1 本工程抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.15g，设计地震分组为第一组。 2.2 抗震设防类别：乙类。 2.3 建筑场地类别为类，场地土类型属于软弱土，特征周期0
3、.55s。 2.4 本场地等效剪切波速 se=131m/s140m/s，场地覆盖层厚度大于 80 米。 2.5 本场地属非液化场地。且可不考虑震陷的影响。 2.6 本工程多遇水平地震影响系数最大值 max=0.12，罕遇水平地震影响系数最大值 max=0.72。 2.7 抗震等级：主楼地上 54 层，采用砼筒中筒结构，抗震设防类别为乙类，抗震措施按 8 度（0.20g）采用，外筒抗震等级特一级，内筒抗震等级特一级。地下一层抗震等级同地上主体，地下二层抗震等级采用一级，地下三层抗震等级采用二级，逐层降低。 因本工程抗震设防类别为乙类，根据分类标准1及专家意见，地震动参数按抗规2取值，小震、中震特
4、征周期按插值取 0.55s，大震计算时特征周期相应增加 0.05，大震阻尼比可比小震适当提高取0.070.08。 3 主体设计 3.1 本工程地上部分分为三个独立的单体，54 层办公，7 层商业和 4层交易大厅，各单体间设防震缝分开，缝宽按 8 度（0.20g）设置,达到中震下不碰撞原则。主楼与附楼 B 入口门厅处采用钢结构，一端与附楼B 采用铰支座连接，一端与主楼采用滑动铰支座连接，滑动铰支座变形量按中震考虑。 3.2 主楼平面为直角梯形，尺寸 48.6x58.6 米，左上切角。主楼采用筒中筒结构，结构高宽比 233.85/37.510=6.23,满足高规3 B 级高度高层建筑结构适用最大高
5、宽比要求。内筒高宽比233.85/17.950=13。建筑在左侧主入口设置三层通高大堂，大堂大厅总高度 16.800 米，右侧银行办公部分设置二层通高共享空间，总高度 11.4米。外框筒除角柱外其它外框筒柱自首层顶 6 米标高处至二层顶标高16.8 米为一分为二 Y 形柱,柱子斜率 25.6：1。其中二层楼板开洞率大于30%。主楼 4 至 46 层为标准层，其中 16，29，42 层为避难层，47 层至顶层左侧平面逐渐外倾，外倾斜率 16.1：1.右下角逐渐内倾。出屋顶机房间层高 6.7 米。 3.3 主楼 54 层，总高度 233.85 米，采用钢筋混凝土筒中筒结构。超过上表中 7 度（含
6、0.15g）混凝土结构筒中筒 150 米的限值。根据高规4规定，B 级高度钢筋混凝土高层建筑筒中筒结构的最大适用高度为230 米，本工程属超 B 级高度超限高层。 3.4 外筒平面内梁截面 600X700，外筒与内筒之间采用普通钢筋混凝土现浇密肋梁板结构，主要梁截面 200X600，标准层板厚 100mm，另外二层开洞楼板边板厚加至 180mm，三层板厚加至 150mm，四层板厚加至120mm。外筒主要柱截面尺寸,内筒主要剪力墙截面尺寸及混凝土强度等级沿高度竖向变化情况如下： 楼层 标高 内筒主要墙厚度 外筒主要截面 砼强度 机房层 231.900238.600,500,250 600X600
7、,600X550, C40 51 层54 层 212.600231.900 600,500,250 600X500,600X800C40 46 层50 层 195.800212.600 500,300 600X700,600X750 C45 43 层46 层 178.100195.800 500,300 600X800C50 33 层42 层 136.100178.100 600,300 600X800 C55 21 层32 层 84.800136.100 800,700,400 800X800,700X800 C60 13 层20 层 50.30084.800 900,800,400 110
8、0X800,1000X800 C60 4 层12 层 16.70050.300 1000,900,400 1200X800 C60 2 层3 层 5.90016.700 1200,1000,400 1500X800,1300X800 C60 -3 层2 层 基础5.900 1200,1000,400 1500X1800,1300X1800 C60 4.超限处理措施 超限内容： 总高度超 B 级高度，二层楼板开大洞，竖向构件不连续 4.1 超 B 级高度 4.1.1 采用两个不同的空间分析软件（PMSAP 与 MIDAS）进行分析比较，采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，并考虑双向地震和偶然偏心
9、的影响。 4.1.2 采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。弹性时程分析所取地面运动最大加速度为 55gal，按建筑场地类别和设计地震分组选用 2 条天然波和 1 条人工波。控制每条波计算所得的结构基底剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的 65%，三条波计算所得的结构基底剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的 80%。 4.1.3 进行弹塑性动力时程分析，验算结构在罕遇地震下的弹塑性层间位移角是否小于规范限值，判断薄弱层位置并予以加强，根据塑性铰出现的顺序、位置、多少等情况，对薄弱构件予以加强。 4.1.4 通过调整内外筒竖向构件截面和布置，以及内外筒连梁高度，控制结构两个主轴方向第一振动周期之比不小于 0.8。控制扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期之比不大于 0.85。 4.1.5 控制竖向构件截面尺寸、砼强度及其配筋沿高度均匀变化，使得各层的侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的 70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的 80%。 4.1.6 控制各楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的 80。 4.1.7 内、外筒正截面承载力按中震不屈服设计，内外筒斜截面承载力按中震弹性设计；同时控制竖向构件剪压比在大震不屈服验算时不大于 0.15。
