超高層寫字樓基于超限審查的結構設計要點
廣州某超高層寫字樓在送超限審查階段，在抗震設計中所要求進行的彈性、彈塑性分析和性能化設計過程。分析結果表明，在地震和風荷載作用下，工程主體結構具備較好的承載和變形能力，各項指標均能夠滿足設計規范和使用的要求。
一、工程概況
本項目位于廣州市珠江新城,占地12335平方米�；爻梢华M長L形，總建筑面積158155m2，地下四層，地面以上由三棟超高層辦公塔樓組成,本文介紹的是1#樓，地上共36層，總高156.8米。
二、 結構總體設計與選型:
設計時采用安評報告提供的數據，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度=0.10g，塔樓屬B級高度高層建筑，高寬比為7.13；結構類型為框架-筒體（X向置中，Y向偏置）剪力墻結構，相應的框架為一級，剪力墻為一級，地下室：塔樓相關范圍內的，地下一層抗震等級同上部塔樓；地下二層～地下四層豎向構件的抗震等級降低一級，框架梁的抗震等級為三級。首層夾層以及頂部三層為僅有框架梁，無樓板的架空層；標準層板厚一般為h=110mm，剪力墻筒體及開洞位置的樓板厚度取140mm。主要框架梁尺寸為500x800～700x800，主要柱截面尺寸為1200x2600～900x1400，剪力墻厚600～300mm。 標準層結構圖
三、 抗震性能要求
針對本工程的結構特點，設定本結構的抗震性能目標如下表，利用這些指標能更合理的判斷整體結構在中震、大震作用下的性能表現，給超限設計提供可靠的判斷依據。在考慮豎向荷載、風和小震的作用時，采用SATWE程序按規范方法進行計算和設計，則可保證結構構件處于彈性階段；對中震作用，采用SATWE程序進行中震不屈服計算，選用中震的地震反應譜曲線，計算中荷載分項系數取1.0，材料強度取標準值，不考慮地震作用的內力調整，當構件的地震作用組合效應不大于構件的抗震承載力，即可判斷構件為中震不屈服；對于大震作用，則采用PKPM對結構進行靜力彈塑性分析(Pushover)。按彈塑性程序計算所反映的塑性發展程度來對構件以至整個結構進行相應的性能評價。連梁設計時通過調整配筋，達到強剪弱彎的性能目標，允許彎曲屈服，但不能發生剪切等脆性破壞。
四、 結構分析
本工程屬于復雜超高層建筑，分別采用CSI系列的ETABS9.2.0及PKPM系列的SATWE兩個不同力學模型的三維空間分析軟件,考慮在豎向荷載、X、Y方向的風荷載及地震作用下的內力與位移；計算時考慮了重力二階效應影響進行整體內力和位移計算，并考慮樓板的彈性變形（位移計算時為剛性板），同時根據地震安全性評價報告提供的地震波采用SATWE軟件進行多遇地震下的彈性時程分析，并采用PUSH&EPDA彈塑性靜力分析軟件對高層建筑結構在罕遇地震作用下進行靜力彈塑性分析（PUSHOVER分析）。重要構件按中震不屈服復核；同時也進行了風荷載作用下的舒適度計算。
計算方法及參數：
a) 由于本項目地下室除塔樓范圍的首層外大部分均采用無梁樓蓋，首層不宜作為嵌固層。因此計算模型的嵌固層設置在地下四層，但考慮回填土對地下室的約束剛度。
b) 采用多遇地震下的彈性時程分析方法進行補充分析，選取由《廣州市天河區獵德路獵德村地塊工程場地地震安全性評價報告》中的1條人工波并選取2條天然波，用SATWE程序進行彈性動力時程分析，計算時結構阻尼比0.05，場地地面最大加速度36.8cm/s2。
c) 主要設計參數：考慮平扭耦聯的扭轉效應和偶然偏心效應，周期折減系數0.85，振型質量參與系數大于90%；連梁剛度折減系數取0.8，中梁剛度增大系數1.8，梁扭折減系數0.4，框架梁端彎矩調整系數取0.85；考慮地震作用最大時的角度的地震作用方向。
結論：兩個程序的計算結果較接近，沒有出現原則性沖突或矛盾的結果。在地震作用下，結構的樓層層間最大位移角滿足要求；部分樓層剪重比不滿足“高規”第3.3.13條要求，需乘以地震剪力放大系數，滿足規范要求；第一扭轉周期與第一平動周期的比值少于0.85；側向剛度比除第8計算層外均滿足“高規”要求
計算還選用三組加速度時程曲線進行了多遇地震作用下的彈性動力時程分析，結果均小于考慮扭轉藕連的振型分解反應譜法，層間位移角的結果與振型分解反應譜法接近，滿足《高規》3.3.5第一條的規定。但人工波計算的局部樓層剪力比振型分解法稍大，對這些樓層設計時應適當加強；
本工程高寬比超限，通過計算結構頂點最大加速度反映出該建筑具有良好的使用條件，滿足舒適度要求。頂點最大加速度遠小于“高規”中4.6.6條的限值（0.25m/s2）；
對底部加強區的剪力墻、框架柱按中震不屈服進行分析，個別框架梁截面需要調整；剪力墻截面滿足抗剪要求，但部分墻肢縱筋配筋量明顯增大；框架柱配筋除個別外與小震時相當。因此通過調整個別框架梁，剪力墻截面，增加配筋，可以使本工程的結構體系在遭遇設防地震烈度水平的地震襲擊時，能達到規范的設計要求；
按照規范要求“大震不倒”的抗震設防目標，本工程采用PUSH&EPSA程序接口SATWE進行罕遇地震作用下進行靜力彈塑性推覆分析。在罕遇地震作用下，各層彈塑性位移角最大值均小于1/100，符合“高規”第4.6.5條要求；在性能點處，連梁普遍出現塑性鉸，部分框架梁梁端出現塑性鉸，剪力墻未出現剪力鉸，即剪力墻抗剪能力足夠，不會發生剪切破壞。因此建筑物可實現“大震不倒”的抗震設防目標。
五、針對超限采取的措施及結論
塔樓標準層隔層開洞，存在樓板局部不連續，在整體計算分析時按全樓彈性膜計算，開洞范圍周邊及筒體內的樓板厚度加強，板雙層雙向鋼筋布置，樓板最小配筋率取0.25％，并用有限元應力分析復核配筋。通過計算表明：結構在常遇地震作用時的層間位移角、扭轉位移比、抗側剛度比、樓層層間受剪承載力比均滿足規范控制指標；
對塔樓底部加強區的剪力墻根據中震不屈服驗算，提高水平鋼筋的配筋率，一般墻的配筋率為0.4％，外側墻肢的配筋率為0.5～0.6％；剪力墻端約束邊緣構件縱向鋼筋的配筋率1.2％～1.6％。底部加強區高度的框架柱，控制軸壓比以提高其延性，并根據驗算配置縱筋和箍筋；而根據靜力彈塑性分析，核心筒處的剪力墻在罕遇地震下，底部加強區出現受拉裂縫，少量受剪裂縫，除加強水平鋼筋外，也提高該部分墻身的縱向鋼筋配筋率或增加墻厚，滿足剪力墻不出現剪切破壞；剪力墻、框架柱等重要構件滿足罕遇地震作用下不出現剪切破壞，結構層間位移角小于1/100，因此可以期望本工程的結構體系在遭遇設防地震烈度水平的地震襲擊時，達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防要求，同時也能最大限度地滿足建筑功能的要求。
