论佛山北滘财富中心嘉和广场3号地超限分析及加固措施
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摘 要: 本文就佛山北滘财富中心嘉和广场3号地进行超限分析,分别进行多遇地震，中震楼板应力以及大震推覆计算，并对结构安全性进行分析，根据分析结果对结构薄弱层和软弱层采取相应的加强措施。
关键词：超限结构，抗震设计， push-over分析
Abstract:：This thesis is base on the performance-based seismic concept design for an over A class high-rise building. According to the results, certain measures are applied to this structure to guarantee a safer structure even during the rare earthquake in this area, which is 7megatitude.
Keywords：Structure design of high-rise building, seismic concept design, push-over analysis
中图分类号：TU318 文献标识码：A
工程概况
本工程位于佛山顺德区北滘财富中心，为高层公共建筑，安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，总建筑面积为98143.82m2。地面以上建筑物总高度为137.80米，超A级高度7.8米。结构共33层，其中1至3层为裙房部分，4至33层为塔楼部分。地面以下2层，主要为停车库及设备用房。其中塔楼采用框架-核心筒结构，塔楼尺寸为46.0m×43.6m，高宽比为3.16。核心筒尺寸为16.8mX16.8m，核心筒高宽比为8.2。设计计算软件采用Midas Building及PKPM软件系列。塔楼平面图如下：
计算分析
2.1 材料选定
墙柱混凝土标号选用C60~C35，向上逐级递减，梁板混凝土标号选用C35、C30，钢筋强度选用三级钢。塔楼部分基础形式为大直径钻冲孔灌注桩，R1800~R2200，群房部分为CFG桩，混凝土强度为C34，抗渗等级为P8。
2.2 计算结果
2.2.1小震计算结果显示如下：
计算软件 SATWE Midas Building
计算振型数 24 19
第1、2平动周期 （X向）3.7347 （X向）3.6355
（Y向）3.2143 （Y向）3.0422
第一扭转周期 2.8437 2.7084
第一扭转周期/第一平动周期 0.7614 0.745
地震下基底剪力（kN） X 19997.34 18369.51
Y 22931.38 20583.17
结构总质量（KN）（不包地下室） 1072400 1054241
标准层楼层重（kN） 25280 24960
剪重比 X 1.86% 1.74%
Y 2.14% 1.95%
地震作用下倾覆弯矩（kN·m2） X 1241010.25 1462335.70
Y 1308370.25 1631925.39
有效质量系数 X 99.50% 97.04%
Y 99.52% 94.03%
50年一遇风荷载下最大层间位移角 X 1/1445 (19) 1/1650 (20)
Y 1/1816 (20) 1/2018 (21)
地震作用下最大层间位移角（层号） X 1/ 901 (20) 1/995 (20)
Y 1/1239 (21) 1/1327 (22)
考虑偶然偏心最大扭转位移比（层号） X 1.37(4) 1.315 (1)
Y 1.23(1) 1.159 (1)
地震作用下，楼层与相邻上层的考虑层高修正的侧向刚度比（层号） X 0.978(2) 1.0128（13）
Y 1.019(13) 1.0384（13）
楼层受剪承载力与上层的比值（层号） X 0.83(5) 0.8633 (24)
Y 0.85(5) 0.8777 (24)
刚重比 X 2.38 3.02
Y 3.36 4.40
根据计算结果，结合《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称“高规”）及《建筑抗震设计规范》（以下简称“抗规”）的要求及结构抗震概念设计理论，可以得出如下结论：
塔楼均满足《高规》关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比A级高度高层建筑不应大于0.9和复杂高层建筑不应大于0.85的要求；
在风荷载作用下和地震作用下，层间位移角均满足有关规范的要求；
X、Y方向剪重比均满足《抗规》要求；
满足《高规》关于不规则建筑各楼层的竖向构件 最大水平位移不应大于该楼层平均值的1.5倍的规定，但超过规范规定的1.2，属于扭转不规则结构；
满足《高规》关于高层建筑相邻楼层的侧向刚度变化的规定；
满足《高规》关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80%规定（B级高度不应小于75%），本工程计算结果显示最小楼层层间受剪承载力均超过80%，属于竖向规则结构；
水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力均按《高规》规定进行调整；
墙、柱的轴压比均符合“高层建筑混凝土结构技术规程”的要求。
2.2.2 针对Ⅲ类场地多遇地震，进行小震弹性时程分析，50年时限内超越概率为63.2%（小震），阻尼比为0.05考虑，采用2条天然波以及1条场地人工波。结果显示：
（1）时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80％，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65％的条件。
（2）弹性时程分析的楼层反力和位移平均值均小于规范反应谱结果，反应谱分析结果在弹性阶段对结构起控制作用。
（3）楼层位移曲线以弯曲型为主，位移曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀。
地震波 0度 90度
基底剪力（kN） 时程基底剪力/反应谱基底剪力≥0.65 时程基底剪力平均值/反应谱基底剪力≥0.8 基底剪力（kN） 时程基底剪力/反应谱基底剪力≥0.65 时程基底剪力平均值/反应谱基底剪力≥0.8
USER2 15654.4 79.2% — 18897.9 83.3% —
TH1TG055 19543.9 98.9% — 21053.4 92.8% —
TH2TG045 14304.7 72.4% — 15084.8 66.5% —
时程分析平均值 16501 — 83.4% 18345.4 — 80.9%
反应谱 19767.7 — — 22679.9 — —
2.2.3 针对中震作用，除去非抗震次要的结构构件，对其承载力根据其抗震性能目标进行结构构件性能分析；针对建筑局部楼层楼板大开洞等楼板平面不规则的情况，进行中震作用下弹性楼板应力分析，确保中震作用下楼板能可靠地传递水平力。计算结果显示各工况下主应力与剪切应力均较小，只有在楼板开洞边角和与剪力墙角交接的地方出现的应力较大（小于4MPa），是需要注意加强的部位。
2.2.4 针对大震作用，采用有限元软件PUSH&EPDA，罕遇地震作用下对建筑物在进行静力弹塑性推覆分析，分析时考虑高度超限可能带来的附加P－Δ效应。结果显示大震作用下基底剪力为62000KN，顶点位移为644mm，最大层间位移角为1/260，大于标准的1/100， 结构处于7度大震安全标准范围内。
结论及加强措施
1、本工程结构高度为137.8米，超过A级高度不多，通过计算分析表明，结构在按规范设计，不做构造加强措施的情况下，基本能满足性能目标要求。
2、本工程存在以下2项超限：
a)扭转位移比超过1.2，通过计算耦联及偏心工况的影响，进行处理。
b)裙房平面凹凸不规则处，通过弹性楼板假定计算楼板应力，加强配筋，保证该层楼板大震不屈服。
3、本工程中框架柱和剪力墙核心筒是主要的抗侧力构件，所以应该提高关键部位墙肢的延性，使抗侧刚度和结构延性更好地匹配，达到有效地协同抗震。
a)剪力墙墙肢轴压比控制按“高规”要求不大于0.5。
b)框架柱轴压比按“高规”要求不大于0.75。
c)底部加强区剪力墙抗震等级为一级，墙身水平和竖向分布筋配筋底部加强部位最小配筋率0.30％；约束边缘构件竖筋最小配筋率为1.2％，体积配箍率不小于1.5％。
d)剪力墙底部加强区满足大震不屈服性能目标。
4、 本工程的框架柱和核心筒是本工程的重要构件，因此，按中震不屈服性能目标进行设计，针对核心筒角部适当加强，增强了构件在地震下的承载力和延性。框架柱的轴压比在0.65以内。
四、结语
随着我国大城市的用地紧张形势上涨，土地成本也随着上涨，超高层的使用在一定程度上解决了这一问题，也更符合现代人对空中之城的理念。而超高层抗震计算则越显重要，也是保证其“小震不坏,中震可修,大震不倒”的重要途径。本项目计算结果表明，多项指标均表现良好，基本满足规范的有关要求。根据计算分析结果和概念设计方法，对关键和重要构件作了适当加强，以保证在地震作用下的延性。
参考文献：
[1] 王社良. 抗震结构设计. 武汉理工大学出版社. 2007.
[2] 吴培明. 混凝土结构（上）. 武汉理工大学出版社. 2003.
[3] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.
[4] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.