安徽省建筑设计研究总院股份有限公司230002
摘要：本文介绍了B类超限高程建筑的设计方法。
关键词：超限、弹性分析、弹性时程分析、中震作用下的结构承载力复核、大震静力弹塑性分析
一、工程概况
合肥市华地金融中心项目包括1#办公楼（35F）、2#办公楼、3#办公及商业、5#停车楼以及全场地分布的地下室。总建筑面积18.20万平方米，其中地上面积12.42万平方米，地下建筑面积5.78万平方米。
本工程1#楼建筑标准层比较规则，外轮廓尺寸长48.1m，宽39.4m，长宽比1.22:1，核心筒X向16.1m，Y向26.4m，柱距为8.7m，地下3层，层高为5.4米、3.9米、3.9米；地上35层，首层及二层层高为6.0米，标准层为4.0米，在11层和23层设置两个避难层，层高4.5米；出屋面幕墙高9.7米。
二、设计基本条件和要求
1、本工程结构的设计使用年限为50年；
2、本工程建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数γ0=1.0；
3、本工程地基基础设计等级为甲级；
4、抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别为2类，抗震设防类别为标准设防类。
三、结构简介
1、本工程主要抗侧力体系为混凝土框架—核心筒结构，塔楼的中下部分楼层（建筑楼层18层以下）采用型钢混凝土柱，以减小柱截面并加强其抗震性能。
2、楼面采用现浇钢筋混凝土梁板。楼板厚均取110mm；核心筒位置加厚为150mm。
3、本工程框架、剪力墙均为一级，无地上部分结构的地下室梁、柱为三级，主楼外延三跨的地下室部分为一级，主楼范围内，地下室负二层以下框架为二级，剪力墙为一级。
4、本工程核心筒采用桩筏基础，框架柱采用一柱一桩，桩基为人工挖孔桩，桩端持力层为中风化泥质砂岩。主楼地下室埋深约13.0米。
5、墙柱混凝土强度等级C60~C30.梁板的混凝土强度等级为：C35~C30。
普通钢筋采用HRB400钢筋，型钢（钢骨）：Q345B
四、超限类型和程度及抗震性能目标
1、本工程高度为145.3米，属于超限高层结构，属于B级高度范围内，超出A级高度130米约12%；二层北侧和东侧形成楼板大开洞，开洞面积约占该楼层面积的38%（楼板局部不连续）；此开洞造成地面2层高度范围内（12米）部分框架柱没有与梁、板连接，形成了12米高穿层柱。
2、抗震设防性能目标
根据本工程结构特点选用性能目标1、3、5性能水准。
3、本工程抗震设防性能目标细化如下表示：
五、常遇地震及风荷载作用下结构计算分析与设计
本工程常遇地震及风荷载作用下结构计算分析与设计采用采用PKPM系列中的SATWE及PMSAP程序进行结构整体计算分析。
六、弹性分析
1、结构整体计算结果
两种计算程序在小震及风荷载作用下的主要计算结果比较
2、结构弹性时程分析
本本工程采用SATWE程序进行弹性动力时程分析，本工程共输入3条地震波，本工程的一条人工波及两条天然波均由甲方提供。
3、弹性动力时程分析各层剪力与规范反应谱CQC法结果的比较
（1）三条波的时程分析结果中，基底剪力平均值与反应谱基底剪力之比为：X向1.00、Y向0.89；三条波的基底剪力最大值与反应谱基底剪力之比为：X向1.16、Y向1.04。
（2）每条时程曲线计算所得结构基底剪力均大于振型分解反应谱法的65%，三条时程曲线计算所得结构基底剪力的平均值大于振型分解反应谱法的80%。
（3）CQC法的层间剪力曲线在模型1~18层（建筑16层以下）小于时程分析三条地震波的层间剪力包络曲线，最大值为X向CQC的1.19倍；CQC法的层间剪力曲线在模型32~39层（建筑30层以上）小于时程分析三条地震波的层间剪力包络曲线，最大值为X向CQC的1.18倍。
七、中震作用下的结构承载力复核
中震结构承载力计算采用SATWE中震不屈服方法完成。
1、中震不屈服设计方法
调整地震影响系数最大值amax按中震取值(按规范取值)；）取消组合内力调整；荷载作用分项系数取1.0；材料强度取标准值；材料强度取标准值；抗震承载力调整系数γre取1.0；连梁刚度折减0.5；结构阻尼比取0.07；不考虑风荷载参与组合。
2、中震计算结论
（1）经验算底部加强区的墙柱在中震不屈服计算下，剪力墙施工缝验算超限。增加底部加强区的水平施工缝处剪力墙腹板内竖向分布钢筋和边缘构件中的竖向钢筋总面积，由程序默认的0.3%增加为0.6%，个别墙肢需调整至0.8%，经过计算，施工缝满足要求。
（2）本工程抗震等级为一级的剪力墙，水平施工缝的抗滑移满足规范要求；
（3）经中震不屈服验算，部分连梁和少数框架梁进入抗弯屈服，计算表明未发生抗剪屈服。
中震不屈服结构整体计算结果
（4）结构在中震不屈服计算中，在Nmin组合柱底未出现拉力，外框筒剪力墙底部出现拉力，最大值为7981KN。
八、大震静力弹塑性分析
本工程采用弹塑性静力推覆法(Push-over)，对结构进行水平地震作用下的全过程弹塑性分析。主要结果如下：
（1）性能点最大层间位移角：x方向1/180；Y方向1/120。
（2）罕遇地震下性能点的基底剪力：X方向59668.9KN，约为小震剪力的3.69倍；Y方向51209.3kN，约为小震剪力的3.71倍。
（3）罕遇地震下性能点顶点位移：x方向717.0mm；Y方向1021.2mm。
（4）以上计算表明本工程在罕遇地震作用下，可满足大震不倒的设防目标及位移变形控制要求。
（5）核心筒部分在大震作用下，建筑物下部及中上部的连梁多数进入塑性，连梁塑性性能得到充分发展，起到很好的耗能作用。在大震作用下各构件的出铰顺序基本上是：首先连梁屈服，其次部分框架梁屈服，最后是部分竖向构件出铰。整体结构可以满足“大震不倒，控制变形”的抗震设防目标。
（6）大震作用下，结构整体呈弯剪变形形状，底部加强区的部分墙体刚度退化较大，部分剪力墙出现水平和斜向裂缝，个别墙元切线刚度退化严重，显示为整体刚度破坏；另外结构中上部剪力墙墙体也出现较多水平和斜向裂缝。设计时适当提高边缘构件及水平、竖向分布钢筋的配筋率，以提高剪力墙的抗拉及抗剪承载能力。
（7）墙肢在大震下的抗剪截面控制条件的补充验算：
大震推覆计算所得性能点的底部剪力约为小震振型分解反应谱法计算所得的底部剪力的3.7倍，考虑到结构在大震下有一定的刚度退化，对剪力墙在大震下的抗剪截面验算时，大震剪力采用小震弹性振型分解反应谱法计算所得的剪力放大4.2倍。本工程在预估的罕遇地震作用下，部分竖向构件以及大部分耗能构件进入屈服阶段，钢筋混凝土竖向构件的受剪截面满足规范要求。
九、结构超限的抗震加强措施
通过计算分析，本工程的抗震采取如下加强措施。
（1）本工程小震的反应谱曲线按规范反应谱取用，小震作用计算时考虑了弯扭藕联和5％的偶然偏心和双向地震的不利组合情况。
（2）框架部分的抗震等级取一级，核心筒剪力墙抗震等级取一级，底部加强区（地面四层以下）核心筒外围剪力墙抗震等级为特一级，并按规范的规定进行内力放大和调整。核心筒的四角沿房屋全高设置约束边缘构件，其他外筒边角部约束边缘构件向上延伸至轴压比不大于0.30。
（3）底部加强区混凝土简体及外框架穿层柱按中震不屈服设计，中震地震作用计算按规范地震二力参数Tg=0.35s，αmax=0.23取用；核心筒主要连梁设置交叉暗撑。
（4）基础顶～17层外框架柱采用型钢混凝土柱；17层以上其它框架柱通过全高采用井字复合箍(箍筋间距100rnm)以提高结构延性。
（5）全楼地震力放大系数取为1.20。
（6）在小震计算及中震计算时均考虑P-△效应。
（7）大洞口周边的楼板采取加强措施，楼板的厚度不小于150mm，并按双层双向配筋，每个方向的配筋率不小于0.3％。
（8）力墙底部加强区配筋调整为0.8%。
（9）用两个不同力学模型的空间分析程序STWAE和PMSAP进行计算，取两个程序计算得到的不利结果进行结构构件的设计。
（10）利用计算和实配钢筋，对结构进行了罕遇地震下的静力推覆分析，得到的最大层问位移角满足规范限值的要求，对局部出现整体刚度破坏的墙元加强其约束边缘构件配筋及墙身竖向和水平向分布筋配置。
十、结语
本工程结构布置合理，对关键部位采取重点加强的措施后，本工程能满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。
设计依据：
参考文献
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.
[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）2016年版.
作者简介
张熙江（1964-），男，安徽太湖人，1986年毕业于天津大学土木工程系建筑结构专业，本科、学士、一级注册结构工程师。专业方向：建筑结构。