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摘 要：文章结合某超高层建筑，阐述了基于性能的结构抗震设计，并采取了相应的技术抗震措施。应用SATWE和PMSAP两个程序对结构进行多遇地震作用下的弹性动力时程分析，计算结果表明，本工程抗震性能较好，楼结构布置是合理的，结构体系安全可行，能够满足新规范的各项抗震要求。
关键词：高层建筑；超限结构；初步设计
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0099-03
1 工程概况
本工程位于广州市芳村大道，属于住宅建筑项目，共有五栋塔楼，各塔楼地面以上分别为二十一层、二十三层、二十三层、二十五层、二十五层，塔楼下设有二层地下室，塔楼以外部分设有一层地下室。总建筑面积：114 833 m2，其中地上92 176 m2，地下室22 657 m2。
塔楼下设有二层裙楼，首层为住宅入口大堂和商业区，二层为商场，三层为裙楼屋面和空中花园，四层及以上为住宅。地下室为停车库兼设备用房，部分地下室为人防区。
本工程各塔楼结构总高度（室外地面至主屋面）分别为70.2 m、76.0 m、76.0 m、81.8 m、81.8 m，地下室二层底板面结构标高-9.7 m，地下室一层底板面结构标高-5.5 m。地面以上各层层高分别为6.0 m（首层）、6.5 m（二层）、5.5 m（三层）、2.9 m（四～屋面层），塔楼屋面局部设置电梯机房及C4塔楼屋面设有水箱间。
塔楼结构形式为部分框支剪力墙结构体系，工程效果图如图1所示。
2 抗震设防标准
本工程的抗震设防烈度为7度；水平地震影响系数最大值αmax=0.0848（修改抗震设计规范地震影响系数曲线）；设计基本地震加速度值为0.10 g；设计地震分组为第一组；建筑场地类别为Ⅱ类；场地特征周期是0.35 s。
本工程的建筑抗震设防类别为丙类建筑。
根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005），本工程人防地下室抗力等级：地下二层为五级、六级；地下一层为六级。
3 工程地质概况
3.1 地层土质概述
根据钻探揭露，场地地层主要由第四系人工填土
（Q■■）、冲积层（Q■■）、残积层（Qel）及三叠系沉积岩（T）组成，现自上而下分别描述见表1。
3.2 地下水情况
场地地下水主要为冲积区内的第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。测得的地下水静止水位（混合水位）埋深在2.10～2.50 m之间。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021- 2001）判定如下：该场地环境类型为II类，按环境类型判定，地下水对混凝土结构无腐蚀性；在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性；对钢结构有弱腐蚀性。
4 基础形式
由于本工程的桩基础已部分施工完毕，已施工的人工挖孔桩布置与现有建筑方案的墙、柱位置不符，为此需要进行补桩以满足基础承载力要求。
根据场地工程地质条件，补桩采用大直径钻孔灌注桩，桩基持力层为微风化粉砂质泥岩，桩长约20 m，塔楼采用桩筏基础，裙楼柱为单桩或两桩承台基础。
钻孔灌注桩直径为1 200～1 500 mm，桩身混凝土强度等级为C30。
已施工完毕的人工挖孔桩直径为1 200～2 000 mm，桩身混凝土强度等级为C25。
持力层岩石天然湿度的单轴抗压强度为8.0 MPa，根据《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）第10.2.4条计算单桩竖向承载力特征值Ra=Rsa+Rra+Rpa，不考虑Rsa。Rpa=C1frpAp，Rra=upC2frshr，其中C1=0.4，C2=0.04，并按第10.2.7条 Q≤ΨcfcAp（Ψc=0.7）计算桩身混凝土强度设计值，得到单桩竖向承载力特征值和设计值如表2所示。
5 结构超限类型和超限程度
5.1 结构超限类型
5.1.1 平面不规则
①扭转不规则。各塔楼楼层的最大层间位移比大于1.2，不满足“抗震规范” 第3.4.2条的要求。
②楼板局部不连续。各塔楼住宅楼层楼板不连续，沿电梯井横向的有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，不满足“抗震规范” 第3.4.2条的要求。
5.1.2 竖向不规则
①侧向刚度不规则。除C1塔楼外，其余塔楼第二层X 方向的最大层间位移角大于相邻上一层的1.3（PMSAP计算结果），不满足广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定——BJ/T15-46-2005第3.3.1条的要求。
②竖向抗侧力构件不连续。各塔楼第三层为转换层，将三层以上的钢筋混凝土剪力墙结构转换为三层以下的钢筋混凝土框架—剪力墙结构，不满足“抗震规范”第3.4.2条的要求。
5.2 结构不规则程度
除C1塔楼外，其余塔楼结构存在2项平面不规则，2项竖向不规则，属于特别不规则高层建筑结构；C1塔楼结构存在2项平面不规则，1项竖向不规则，属于特别不规则高层建筑结构。
5.3 超限程度
本工程各塔楼属于特别不规则高层建筑结构，根据广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定——BJ/T15-46-2005附件的第二条规定，本工程需要进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。
6 结构计算结果及分析
①本工程采用中国建筑科学研究院编制的多高层空间有限元分析程序SATWE（墙元模型）与特殊多高层建筑结构分析程序PMSAP（广义协调墙元模型）两个程序进行计算比较。SATWE和PMSAP程序同属空间结构计算模型，能满足规范对软件要求。 根据“高规”第5.1.13条第3项的要求，采用多遇地震下的弹性动力时程分析方法进行补充计算，选取“安评报告”提供的50年超越概率63%的一条人工合成地震波——SATWE输入名称为User 1，还采用SATWE提供的两条实际强震记录TH1TG040、TH2TG040地震波进行弹性动力时程分析。
②计算结果见表3（C4楼，其他略）。
③计算结果分析。
根据计算结果，SATWE和PMSAP的周期比判别结果均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.3.5条规定。PMSAP的计算结果与SATWE接近，扭转周期与T1之比均小于0.85。
最大位移与层平均位移比值、最大层间位移与平均层间位移比值均是单向地震、考虑偶然偏心下的结果，本工程SATWE和PMSAP的计算结果均满足《高规》4.3.5条最大位移与层平均位移的比值及最大层间位移与平均层间位移的比值小于1.4的要求。
层间位移角是双向地震的计算结果，本工程结构总高度最大为81.8 m，规范允许最大层间位移角为1/1 000，本工程SATWE和PMSAP的最大层间位移角计算结果均满足规范要求。
各塔楼X、Y方向SATWE和PMSAP的刚重比均大于1.4和2.7，能够满足规范整体稳定验算和可以不考虑重力二阶效应。
总体而言，SATWE与PMSAP的计算结果总体较为接近，均满足规范规定的各项抗震要求。
由上述分析可以得出：两种计算模型的抗震分析结果是可信的，C1、C2、C3、C4、C5楼结构布置是合理的，能够满足新规范的各项抗震要求。
7 超限结构采取的技术措施
本工程的抗震构造措施按7度考虑，主要的抗震构造加强措施如下：
①各塔楼住宅标准层横向翼缘凹口处，在凹口外端设置联系梁，以作为结构平面不规则的加强构造措施，联系梁顶底通长配筋，钢筋接头采用机械连接或焊接；加强腰筋及箍筋配置，每侧腰筋不少于3Φ12，箍筋按全梁加密，最外箍按受扭箍筋构造要求，增加拉结腰筋的水平箍筋，水平箍筋直径和间距与垂直箍筋相同。
②三层楼板作为转换层，板厚200 mm，采用指定弹性楼板进行内力分析，板筋双层双向贯通布置，楼板的最小配筋率为0.3%。与转换层相邻下一层及上一层楼板板厚增加至150 mm。
③住宅标准层十字形平面四侧翼缘与楼梯、电梯井筒剪力墙连接的楼板厚度增加至150 mm，以利于水平荷载的传递。
参考文献：
[1] GB50223-2004，建筑工程抗震设防分类标准[S].
[2] GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].
[3] GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].
[4] JGJ3-2002J186-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[5] DBJ/ T15-46-2005，广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定[S].
作者简介：陈江平（1984-），湖南邵阳人，硕士研究生，助理工程师，从事建筑工程结构设计研究工作。
关键词：高层建筑；超限结构；初步设计
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0099-03
1 工程概况
本工程位于广州市芳村大道，属于住宅建筑项目，共有五栋塔楼，各塔楼地面以上分别为二十一层、二十三层、二十三层、二十五层、二十五层，塔楼下设有二层地下室，塔楼以外部分设有一层地下室。总建筑面积：114 833 m2，其中地上92 176 m2，地下室22 657 m2。
塔楼下设有二层裙楼，首层为住宅入口大堂和商业区，二层为商场，三层为裙楼屋面和空中花园，四层及以上为住宅。地下室为停车库兼设备用房，部分地下室为人防区。
本工程各塔楼结构总高度（室外地面至主屋面）分别为70.2 m、76.0 m、76.0 m、81.8 m、81.8 m，地下室二层底板面结构标高-9.7 m，地下室一层底板面结构标高-5.5 m。地面以上各层层高分别为6.0 m（首层）、6.5 m（二层）、5.5 m（三层）、2.9 m（四～屋面层），塔楼屋面局部设置电梯机房及C4塔楼屋面设有水箱间。
塔楼结构形式为部分框支剪力墙结构体系，工程效果图如图1所示。
2 抗震设防标准
本工程的抗震设防烈度为7度；水平地震影响系数最大值αmax=0.0848（修改抗震设计规范地震影响系数曲线）；设计基本地震加速度值为0.10 g；设计地震分组为第一组；建筑场地类别为Ⅱ类；场地特征周期是0.35 s。
本工程的建筑抗震设防类别为丙类建筑。
根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005），本工程人防地下室抗力等级：地下二层为五级、六级；地下一层为六级。
3 工程地质概况
3.1 地层土质概述
根据钻探揭露，场地地层主要由第四系人工填土
（Q■■）、冲积层（Q■■）、残积层（Qel）及三叠系沉积岩（T）组成，现自上而下分别描述见表1。
3.2 地下水情况
场地地下水主要为冲积区内的第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。测得的地下水静止水位（混合水位）埋深在2.10～2.50 m之间。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021- 2001）判定如下：该场地环境类型为II类，按环境类型判定，地下水对混凝土结构无腐蚀性；在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性；对钢结构有弱腐蚀性。
4 基础形式
由于本工程的桩基础已部分施工完毕，已施工的人工挖孔桩布置与现有建筑方案的墙、柱位置不符，为此需要进行补桩以满足基础承载力要求。
根据场地工程地质条件，补桩采用大直径钻孔灌注桩，桩基持力层为微风化粉砂质泥岩，桩长约20 m，塔楼采用桩筏基础，裙楼柱为单桩或两桩承台基础。
钻孔灌注桩直径为1 200～1 500 mm，桩身混凝土强度等级为C30。
已施工完毕的人工挖孔桩直径为1 200～2 000 mm，桩身混凝土强度等级为C25。
持力层岩石天然湿度的单轴抗压强度为8.0 MPa，根据《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）第10.2.4条计算单桩竖向承载力特征值Ra=Rsa+Rra+Rpa，不考虑Rsa。Rpa=C1frpAp，Rra=upC2frshr，其中C1=0.4，C2=0.04，并按第10.2.7条 Q≤ΨcfcAp（Ψc=0.7）计算桩身混凝土强度设计值，得到单桩竖向承载力特征值和设计值如表2所示。
5 结构超限类型和超限程度
5.1 结构超限类型
5.1.1 平面不规则
①扭转不规则。各塔楼楼层的最大层间位移比大于1.2，不满足“抗震规范” 第3.4.2条的要求。
②楼板局部不连续。各塔楼住宅楼层楼板不连续，沿电梯井横向的有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，不满足“抗震规范” 第3.4.2条的要求。
5.1.2 竖向不规则
①侧向刚度不规则。除C1塔楼外，其余塔楼第二层X 方向的最大层间位移角大于相邻上一层的1.3（PMSAP计算结果），不满足广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定——BJ/T15-46-2005第3.3.1条的要求。
②竖向抗侧力构件不连续。各塔楼第三层为转换层，将三层以上的钢筋混凝土剪力墙结构转换为三层以下的钢筋混凝土框架—剪力墙结构，不满足“抗震规范”第3.4.2条的要求。
5.2 结构不规则程度
除C1塔楼外，其余塔楼结构存在2项平面不规则，2项竖向不规则，属于特别不规则高层建筑结构；C1塔楼结构存在2项平面不规则，1项竖向不规则，属于特别不规则高层建筑结构。
5.3 超限程度
本工程各塔楼属于特别不规则高层建筑结构，根据广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定——BJ/T15-46-2005附件的第二条规定，本工程需要进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。
6 结构计算结果及分析
①本工程采用中国建筑科学研究院编制的多高层空间有限元分析程序SATWE（墙元模型）与特殊多高层建筑结构分析程序PMSAP（广义协调墙元模型）两个程序进行计算比较。SATWE和PMSAP程序同属空间结构计算模型，能满足规范对软件要求。 根据“高规”第5.1.13条第3项的要求，采用多遇地震下的弹性动力时程分析方法进行补充计算，选取“安评报告”提供的50年超越概率63%的一条人工合成地震波——SATWE输入名称为User 1，还采用SATWE提供的两条实际强震记录TH1TG040、TH2TG040地震波进行弹性动力时程分析。
②计算结果见表3（C4楼，其他略）。
③计算结果分析。
根据计算结果，SATWE和PMSAP的周期比判别结果均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.3.5条规定。PMSAP的计算结果与SATWE接近，扭转周期与T1之比均小于0.85。
最大位移与层平均位移比值、最大层间位移与平均层间位移比值均是单向地震、考虑偶然偏心下的结果，本工程SATWE和PMSAP的计算结果均满足《高规》4.3.5条最大位移与层平均位移的比值及最大层间位移与平均层间位移的比值小于1.4的要求。
层间位移角是双向地震的计算结果，本工程结构总高度最大为81.8 m，规范允许最大层间位移角为1/1 000，本工程SATWE和PMSAP的最大层间位移角计算结果均满足规范要求。
各塔楼X、Y方向SATWE和PMSAP的刚重比均大于1.4和2.7，能够满足规范整体稳定验算和可以不考虑重力二阶效应。
总体而言，SATWE与PMSAP的计算结果总体较为接近，均满足规范规定的各项抗震要求。
由上述分析可以得出：两种计算模型的抗震分析结果是可信的，C1、C2、C3、C4、C5楼结构布置是合理的，能够满足新规范的各项抗震要求。
7 超限结构采取的技术措施
本工程的抗震构造措施按7度考虑，主要的抗震构造加强措施如下：
①各塔楼住宅标准层横向翼缘凹口处，在凹口外端设置联系梁，以作为结构平面不规则的加强构造措施，联系梁顶底通长配筋，钢筋接头采用机械连接或焊接；加强腰筋及箍筋配置，每侧腰筋不少于3Φ12，箍筋按全梁加密，最外箍按受扭箍筋构造要求，增加拉结腰筋的水平箍筋，水平箍筋直径和间距与垂直箍筋相同。
②三层楼板作为转换层，板厚200 mm，采用指定弹性楼板进行内力分析，板筋双层双向贯通布置，楼板的最小配筋率为0.3%。与转换层相邻下一层及上一层楼板板厚增加至150 mm。
③住宅标准层十字形平面四侧翼缘与楼梯、电梯井筒剪力墙连接的楼板厚度增加至150 mm，以利于水平荷载的传递。
参考文献：
[1] GB50223-2004，建筑工程抗震设防分类标准[S].
[2] GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].
[3] GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].
[4] JGJ3-2002J186-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[5] DBJ/ T15-46-2005，广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定[S].
作者简介：陈江平（1984-），湖南邵阳人，硕士研究生，助理工程师，从事建筑工程结构设计研究工作。