1 工程概況

本工程為商業(yè)、辦公綜合體，位于濟南市天橋區(qū)，由兩棟高層主樓和裙房組成。 該項目總建筑面積15.49 萬m2，其中地上建筑面積10.0 萬m2，地下建筑面積5.49 萬m2。 本工程地下部分為3 層，地上部分由6 層裙房、1#塔樓（23 層）和2#塔樓（13 層）3 部分組成。首層室內(nèi)外高差為0.15 m，地下3 層~地下1 層層高分別為4.0 m、4.0 m、5.6 m，地上1 層層高為5.30 m，2~6 層層高為5.10 m，7 層及以上層高1#塔樓為4.0 m、2#塔樓為3.90 m，結(jié)構(gòu)高度裙房為30.950 m、1#塔樓為98.950 m、2#塔樓為58.250 m，裙房結(jié)構(gòu)平面尺寸為164.45 m（東西）×92.35 m（南北）。

為滿足建筑使用需求并考慮建筑方案布局， 塔樓與裙房之間不再設(shè)置變形縫，整個工程地上、地下連為一體，形成一大底盤多塔結(jié)構(gòu)，嵌固端為地下室頂板。 建筑效果圖見圖1。

圖1 建筑效果圖

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 年， 結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0＝1.0。 地基基礎(chǔ)的設(shè)計等級為甲級，抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類（1~6 層為重點設(shè)防類），抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。設(shè)計地震分組為第三組，建筑場地類別為Ⅱ類，規(guī)范反應(yīng)譜特征周期為Tg=0.45 s。計算地震作用時，采用GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016 年版）[1]第5.1.5 條提供的地震影響系數(shù)曲線，多遇地震作用下的水平地震影響系數(shù)最大值為0.08， 基本地震作用下的水平地震影響系數(shù)最大值為0.23， 罕遇地震作用下的水平地震影響系數(shù)最大值為0.50，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。 彈性時程分析時輸入地震加速度的最大值為35 cm/s2。 基本風(fēng)壓應(yīng)按50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用，基本風(fēng)壓w0=0.45 kN/m2，承載力設(shè)計時取基本風(fēng)壓的1.1 倍，地面粗糙度類別按B 類。

2 基礎(chǔ)設(shè)計

由于基礎(chǔ)埋深較大、場區(qū)抗浮水位較高，天然地基不滿足承載力要求，塔樓與裙房均采用鉆孔灌注樁（裙房樁基兼抗拔樁）。 根據(jù)塔樓及裙房的荷載要求，選擇不同的樁徑、樁長及樁端持力層，1#塔樓、2#塔樓、 裙房及車庫部分的樁徑分別為1000mm、800mm、600 mm，樁基承載力特征值分別為9 500 kN、5 900 kN、2 700 kN（抗拔承載力特征值為1 000 kN），兩塔樓樁端持力層為第10-2 層中風(fēng)化輝長巖、裙房及車庫部分樁端持力層為9-2 層強風(fēng)化輝長巖或10-1 層中風(fēng)化輝長巖，各樁長根據(jù)樁勘具體確定。各承臺厚度為1 200~2 000 mm，承臺之間設(shè)置防水板，厚度為700 mm。

3 結(jié)構(gòu)體系與布置

兩塔樓結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，裙房部分利用塔樓核心筒剪力墻，并在裙房樓電梯間、隔墻位置設(shè)置剪力墻，同時考慮結(jié)構(gòu)剛度及受力需要，在適當位置設(shè)置剪力墻，形成具有多道抗震防線的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，保證了整個建筑物的抗震性能。 剪力墻的厚度最厚為500 mm、最薄為200 mm；剪力墻及框架柱混凝土強度等級自下部的C60 變化至上部的C35，截面分層減小，以保證結(jié)構(gòu)自下而上剛度的均勻變化。梁板混凝土強度等級為C30。底部剪力墻的抗震等級為一級，底部框架的抗震等級為一級（1#塔樓相關(guān)范圍外圍二級），中庭大跨梁及其支承柱抗震等級為一級。主樓的樓蓋采用主次梁體系，中庭大跨梁采用型鋼混凝土梁、其支承柱采用型鋼混凝土柱。 各樓層的樓板一般采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，板厚一般為120 mm，裙房以上兩塔樓考慮產(chǎn)業(yè)化要求樓板采用疊合板，板厚為130 mm，并在薄弱部位的樓板進行了加厚、加強處理。 裙房3 層結(jié)構(gòu)平面示意圖見圖2。

圖2 群房3 層結(jié)構(gòu)平面示意圖

4 結(jié)構(gòu)超限類別

塔樓的結(jié)構(gòu)高度分別為98.950 m、58.250 m，滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]中A 級高度鋼筋混凝土高層建筑關(guān)于高度方面的有關(guān)規(guī)定，高度不超限。

本工程為大底盤多塔結(jié)構(gòu)， 存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、 樓板不連續(xù)、體型收進、塔樓偏置，以及局部穿層柱，達到3 項不規(guī)則情況，為抗震超限高層結(jié)構(gòu)[3]。此外，底部裙房的平面尺寸東西為164.45 m、南北為92.35 m，結(jié)構(gòu)超長，需考慮樓板的溫度應(yīng)力及中震和大震下的樓板應(yīng)力。

5 計算分析

5.1 多遇彈性反應(yīng)譜分析

多遇地震彈性反應(yīng)譜整體分析采用YJK 和Midas building 軟件，對兩種軟件的計算結(jié)果進行對比，確保整體模型計算的可靠性。 地震作用計算時采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的振型分解方法，并考慮偶然偏心和雙向地震的影響。 混凝土重度為26 kN/m3，連梁剛度折減系數(shù)為0.6，中梁剛度增大系數(shù)為2.0，框架梁梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)為0.85，梁內(nèi)力增大系數(shù)為1.0，梁扭矩折減系數(shù)為0.4，周期折減系數(shù)采用0.85，地震和風(fēng)荷載計算考慮最不利作用方向， 上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位為地下室頂板。兩種軟件的三維計算模型如圖3 所示。1#樓模型因屋頂有機房和構(gòu)架層，所以模型建模為25 層。

圖3 計算模型三維視圖

兩種軟件的計算結(jié)果顯示，各項計算結(jié)果均差別不大，各指標滿足規(guī)范要求。 計算振型數(shù)為30 個，兩種軟件計算的結(jié)構(gòu)主要周期差別不大，可以采信；結(jié)構(gòu)周期比Tt/T1，YJK 計算為0.77，Midas 計算為0.76，均滿足規(guī)范A 級高度高層建筑限值0.90 的規(guī)定。

圖4~ 圖7 給出兩種軟件計算的地震作用下的位移及位移角（1#樓、2#樓均為結(jié)構(gòu)角部）對比，結(jié)果顯示，兩種計算軟件的計算結(jié)果基本一致，各項指標均滿足規(guī)范要求。

圖4 X 向小震下樓層最大位移

圖5 Y 向小震下樓層最大位移

圖6 X 向小震下層間位移角曲線

圖7 Y 向小震下層間位移角曲線

5.2 小震彈性時程計算分析

地震波采用5 組實際強震記錄和2 組人工模擬地震波，輸入YJK 軟件進行小震彈性時程分析。 所采用5 組地震加速度時程曲線均滿足地震動3 要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時間[1]。 分析結(jié)果見表1。

表1 小震彈性時程分析的底部剪力及其與規(guī)范反應(yīng)譜法計算結(jié)果的比值

從表1 中可以看出，每條時程曲線計算所得X 向、Y 向的結(jié)構(gòu)底部最小剪力均與規(guī)范反應(yīng)譜計算結(jié)果的比值均大于65%；7 條時程曲線計算所得X 向、Y 向的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值與規(guī)范反應(yīng)譜計算結(jié)果的比值大于80%， 所選地震波滿足規(guī)范要求。

彈性時程分析法的樓層剪力曲線和樓層位移角曲線與地震反應(yīng)完全平方組合CQC 計算結(jié)果相對比，整體變形和受力特征一致，結(jié)果可信。 多條波平均值與CQC 法計算結(jié)果比較，彈性時程計算結(jié)果在上部樓層比CQC 大，采用在YJK 軟件中將此類樓層的地震剪力乘以放大系數(shù)的方法予以解決。 針對各層X 和Y 向分別對應(yīng)的CQC 地震剪力放大， 重新復(fù)核計算，層間位移角可滿足規(guī)范要求，施工圖可按放大后結(jié)果設(shè)計。

5.3 抗震性能化設(shè)計

為保證結(jié)構(gòu)地震作用下的安全， 需要提高重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全度水平，根據(jù)規(guī)范[2]的要求，本工程整體抗震性能目標參照C 級采用。其中，大跨度梁及其支承柱、穿層柱、大跨懸挑梁、扶梯支撐梁、塔樓與裙房相連的框架柱滿足中震彈性及大震不屈服；底部加強部位剪力墻、塔樓框架柱、頂層塔樓的轉(zhuǎn)換梁柱滿足中震抗剪彈性抗彎不屈服、 大震抗剪不屈服抗彎部分進入塑性；中庭連接樓板滿足中震抗剪彈性抗彎不屈服、大震抗剪截面滿足要求。

采用YJK 軟件按等效彈性振型分解反應(yīng)譜法進行計算。

計算結(jié)果表明， 各關(guān)鍵構(gòu)件均滿足本工程設(shè)定的抗震性能目標要求。 1#塔樓核心筒剪力墻的部分計算結(jié)果如圖8 和圖9 所示。

圖8 剪力墻沿樓層軸壓比分布圖

圖9 剪力墻大震剪壓比分布圖

另外，本工程所建場地抗震設(shè)防烈度較高，部分剪力墻墻肢在中震作用下所受拉力較大， 需要對其進行雙向地震作用下的偏拉驗算。 根據(jù)分析結(jié)果，裙房底部兩層個別墻肢拉力較大，墻肢平均名義拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度標準值，在此墻肢的邊緣構(gòu)件內(nèi)設(shè)置型鋼，型鋼承擔(dān)拉應(yīng)力，同時對應(yīng)該區(qū)域墻肢的抗震構(gòu)造措施提高至特一級。

5.4 大震彈塑性時程分析

利用SAUSAGE 軟件對結(jié)構(gòu)進行罕遇地震作用下的動力彈塑性時程分析，選取罕遇地震水準下的兩組天然波和一組人工波，根據(jù)規(guī)范[1]規(guī)定，將地震波加速度峰值調(diào)整為220 cm/s2。

兩塔樓最大層間彈塑性位移角均小于規(guī)范規(guī)定的1/100，滿足大震不倒的設(shè)防要求， 其中1#塔樓在各地震波作用下結(jié)構(gòu)的最大層間位移角曲線如圖10 和圖11 所示。

圖10 X 向地震彈塑性層間位移角（1#塔樓）

圖11 Y 向地震彈塑性層間位移角（1#塔樓）

3 條地震波下剪力墻和連梁的性能分布狀態(tài)顯示，核心筒主體墻肢在大震下未出現(xiàn)明顯損傷破壞， 大部分區(qū)域處于無損壞、輕微損壞，個別墻肢處于輕度損壞狀態(tài)，未有墻肢出現(xiàn)中度損傷及以上損傷。 商業(yè)裙房墻肢大部分處于無損壞或輕微損壞，部分墻肢處于輕度損壞，可以滿足性能要求。 連梁損傷較為嚴重，起到了明顯的耗能作用，作為第一道防線破壞順序和破壞模式都符合設(shè)計預(yù)期。 圖12 示意了剪力墻及連梁混凝土性能狀態(tài)分布圖。 另外，底部框架柱在大震作用下出現(xiàn)較小的損傷，處于輕微損傷狀態(tài)。 框架梁在大震作用下出現(xiàn)較大的損傷，處于輕度至中度損壞狀態(tài)，起到了一定的耗散地震能量的作用； 框架梁柱在剪力墻筒體剛度退化后起到了一定的抗側(cè)力作用，發(fā)揮了其作為二道防線的作用。

圖12 核心筒剪力墻及連梁混凝土性能狀態(tài)分布圖

6 結(jié)語