某超高层塔楼多遇地震结构分析

某超高层塔楼多遇地震结构分析

汤瑶

汤瑶

深圳市同济人建筑设计有限公司广东深圳518057

摘要：本文采用YJK和MidasBuilding对某超高层塔楼进行多遇地震下的弹性分析。对结构整体指标和主要计算结果进行对比分析，分析结果表明，结构各项整体指标一致，并符合规范关于位移、变形、舒适度和承载力等各项要求。

关键词：超高层塔楼；YJK和MidasBuilding；弹性分析；整体指标

1、工程概况

本工程位于深圳市龙岗区大运新城，其地上共39层，高度163.900m，为超A类高度结构。地下二层，基础埋深约11米，为全埋地下室，结构嵌固端设置在地下室顶板。建筑功能为办公和商务公寓，采用框架-核心筒结构，且塔楼与裙房之间设置结构缝。其典型平面和剖面如图1~图3所示。本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0。50年重现基本风压ω0=0.70kN/m2，地面粗糙度C类。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为Ⅱ类。

图2标准层结构平面图

2、结构布置

本工程核心筒贯通建筑全高度且居中布置，平面尺寸为10.7mx28.4m，核心筒宽高比约为15.3，核心筒外筒剪力墙厚度为600～350mm渐变。核心筒剪力墙在1~4层设置约束边缘构件，5~6层设置过渡层。框架柱在底部楼层采用型钢混凝土柱截面，底层框架柱最大混凝土截面为1200x1300，各柱型钢含钢率为5.1%~5.9%。型钢混凝土柱截面在第八层减小至1000x1300，同时减小型钢截面，型钢含钢率降至4.2%~5.5%。角柱型钢混凝土柱升至第十层，往上采用钢筋混凝土柱截面；中柱型钢混凝土柱升至第十八层，往上采用钢筋混凝土柱截面，上部框架柱最小截面为800x1000。本结构标准层框架柱之间采用框架梁连接，截面尺寸250x1200；框架柱与核心筒之间同样采用框架梁连接，截面尺寸为400x800；各分户墙下设置的次梁截面为200x800或250x750。墙柱混凝土等级为C30~C60，梁板混凝土等级为C30~C35；钢筋强度等级为HRB400。

图3塔楼剖面图

3、多遇地震下弹性分析

3.1结构建模及模态分析

多遇地震作用采用YJK及MidasBuilding两个不同力学模型计算。结构抗震等级为一级，周期折减系数0.85，地震作用下连梁刚度折减系数0.7，仅风作用下连梁刚度折减系数1.0。两个模型总荷载、周期差异均在5%以内，如下表1所示。

表1结构质量、周期汇总表

3.2地震楼层剪重比和倾覆弯矩对比

图4YJK与Midas结构地震作用剪重比

根据规范相关要求，地震水平影响系数最大值0.08，结构X向剪重比不应小于1.57%，Y向剪重比不应小于1.33%。上图4显示，结构剪重比在X、Y方向均略低于最小剪重比要求。小震设计时，将按规范相关要求进行全楼X、Y向地震效应调整。同样，根据下表2结构基底剪力及倾覆弯矩的对比分析，可知地震作用下两个软件的楼层剪力、弯矩的一致性均较好。

表2结构基底剪力、倾覆弯矩对比

3.3风荷载作用下倾覆弯矩对比

图5YJK与Midas结构风荷载作用倾覆弯矩

风荷载下两个软件计算的楼层剪力几乎一致，从上图5也可看出楼层倾覆弯矩吻合较好。

3.4竖向规则性

采用广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010计算方法，求得结构各楼层侧向刚度与上层的比值，下图6列出了两个模型的侧向刚度比的变化：

图6YJK与Midas结构地震作用下楼层刚度比

无论是YJK还是MidasBuilding软件，各楼层X及Y向侧向刚度与上层侧向刚度比值均大于限值0.9，满足侧向刚度比的要求。同时，对比两个模型各楼层受剪承载力与上层的比，均满足80%的要求，结构竖向无薄弱层。

3.5楼层位移

小震和50年一遇风荷载作用下，楼层层间最大位移角的分布如下表3所示：

表3结构地震作用最大位移角所在楼层

可以看出，结构各楼层在规定水平力作用下考虑偶然偏心的X向位移比（包括楼层位移值和层间位移值）均小于1.2，正Y向偶然偏心位移比也小于限值1.2要求，仅负Y向个别楼层位移比大于1.2，但仍小于限值1.4。

3.6框架柱剪力调整

本工程结构框架柱共22根，根据《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》第9.1.11条规定，当框架部分分配的地震剪力标准值小于结构底部总地震剪力标准值的20%，但其最大值不小于结构底部总地震剪力标准值的10%时，应按结构底部总地震剪力标准值的20%和框架部分楼层地震剪力标准值中最大值的1.5倍二者较小值进行调整。下图7显示了结构两个方向调整前框架柱剪力占分段最大总剪力（即基底剪力）的百分比：

图7框架柱地震剪力占比

按《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》第9.1.11条关于框架柱的剪力调整，要求为min（0.2V0，1.5Vfmax），即取底层总剪力20%和分段最大一层框架剪力的1.5倍二者之间的较小值。从而得出X向和Y向框架柱的目标调整值分别为：3412.89kN和2884.49kN。

4、总结

本工程塔楼为超A级高度的框架-核心筒结构，高宽比、长宽比适宜，竖向连续、规则。结构仅为高度超限，不存在其他抗震不规则项。

a、采用YJK和Midasbuilding两个软件，进行了小震弹性阶段的对比分析，结构各项整体指标一致。

b、在风及地震力作用下，各项计算指标及配筋等均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定要求。

c、框架部分承担剪力按min{1.5Vmax，0.2V0}进行调整，以提高框架部分的抗震承载力，具备足够二道防线功能。

参考文献：

［1］JGS3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［2］GB50010-2010（2015版），混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

［3］GB50011-2010k（2016版），建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

［4］DBJ15-92-2013，广东省标准高层建筑混凝土结构技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.