厦门世茂海峡大厦结构设计的研究

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摘要：厦门世茂海峡大厦为超限高层，且厦门为地震烈度高的地区，地震力比较大，所以其结构设计中的超限类型分析及其抗震设计显得非常重要。本文根据风洞模型试验数据，利用多种有限元软件进行了反复计算比较，找出了本工程的薄弱部位，并进一步提出了保证抗震性能目标的超限设计主要措施。以便以后具有借鉴之意义。

关键词：超限高层；抗震设计；超限设计；措施

Abstract: xiamen shimao building as the off-gauge top, and xiamen for seismic intensity high area, earthquake force is bigger, so the structure design of the off-gauge type analysis and seismic design is very important. This paper according to the wind tunnel model test data, and by using a variety of finite element software in the repeated calculation comparison, find out the weak part of this project, and further puts forward that the seismic performance goals off-gauge design major measures. With the meaning of the reference for later.

Keywords: overrun top; Seismic design; Overrun design; measures

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

工程概况

厦门世茂海峡大厦工程为商业综合体，总建筑面积27万平方米。其中A1+A2地块，包括A、B两座超高层建筑和裙楼。A塔建筑功能包括soho及办公，B塔建筑功能包括办公及五星级商务酒店，裙房为商业、影院及酒店配套餐饮。地下室三层，建筑功能为停车、酒店后勤用房及相关设备配套用房，战时地下三层用作为人防地下室。A3地块为三层纯地下室，局部有一层地面建筑。裙房六层，主屋面高度32.50米，采用现浇框架结构体系。

A、B塔的主屋面高度均是249米，屋顶钢架顶高度均是300米，都采用框架—核心筒结构体系。本工程的设计基准期为50年，结构合理使用年限为50年，两塔均为B级高度的超限高层。

A塔、B塔结构体系设计

本工程包括A塔、B塔两座超高层建筑，双塔平面均为周边弧形的三棱柱形，其中一边由下至上，先往外渐进凸出再收进，侧立面呈现风帆状。平面图见图下图所示。A塔、B塔采用劲性混凝土柱、钢-砼组合梁和钢筋混凝土核心筒构成的框架—核心筒混合结构体系，为提高建筑整体刚度，利用建筑避难层沿高度方向设置两道腰桁架，同时适当加大各层外框架环梁的尺寸，以增大外框架的整体刚度。外框架和中心筒体共同抵抗水平风力和地震力产生的倾覆弯矩，承担水平地震剪力。

超限类型的分析

3.1A塔的超限类型分析

（1）结构高度超限检查见图表1所示。

结构受力的分析方法、步骤

为了确保抗震性能目标的实现，本工程分别采用不同的软件进行常遇地震、偶遇地震、罕遇地震的分析：

（1）根据规范要求，为保证力学分析的可靠性，采用以下两个三维空间分析软件：韩国浦像制铁集团开发的建筑结构通用有限元分析及设计软件MIDAS/GEN V7.8.0及中国建筑科学研究院编制的高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE，进行多遇地震下的静力计算分析，并验证结构各部位在多遇地震作用下的性能目标。MIDAS及SATWE均为三维空间分析软件，采用壳单元模拟剪力墙，膜单元模拟楼板，适合于结构体型复杂的工程，两个软件的力学模型能够很好模拟本工程的实际情况。

（2）通过初步计算，比较两个程序多遇地震下的静力初步计算结果，取得基本一致后，进一步采用MIDAS程序进行多遇地震及偶遇地震计算分析。

（3）根据《建筑工程抗震性态设计通则》的建议，结合本场地实际情况及本结构的特点，选取四条天然波及本场地的《地震安全性评价报告》提供的调整后的三条人工波进行时程分析，所选取天然波所对应的反应谱与安评反应谱相接近，计算结果取用时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。

（4）采用SATWE进行偶遇地震作用下的结构承载力复核，并验证结构各部位在偶遇地震作用下的性能目标，偶遇地震作用下地震反应谱参数根据《地震安全性评价报告》输入。

（5）采用MIDAS进行常遇地震和偶遇地震下楼板应力分析。

（6）采用大型通用有限元软件ABAQUS进行罕遇地震下的结构动力弹塑性时程分析，从材料本构关系的层面反映结构的弹塑性性能。根据《建筑工程抗震性态设计通则》的建议，结合本场地实际情况、安评报告反应谱及本结构的特点，选取天然波T022、天然波T023及人工波USER1作为计算地震波。

多种分析、计算的对比结论

上述分析结果表明：在天然波t022、t023及人工波USER1作用下，两栋塔楼具有较好的抗震性能。三条地震波作用结束时：

（1）筒体剪力墙基本保持弹性，墙体未出现受压损伤，仅底层局部个别外墙出现轻微受拉损伤，个别内墙出现轻微受压损伤。墙内纵筋、水平筋保持弹性，连梁耗能效果明显，部分连梁发生损坏；（2）框架柱保持弹性，柱混凝土未出现受压损伤，仅顶层柱出现了轻微拉损伤，柱内钢筋均保持弹性；（3）避难层腰桁架保持弹性；（4）避难层上下楼板混凝土局部出现了拉损伤。板内钢筋保持弹性，楼板仍可有效的传递水平力；（5）框架梁混凝土有一定的受拉损伤，基本未出现受压损伤，个别框架梁在两端出现了塑性铰。因此，A、B两栋塔楼可抵御工程所在场地地震波（峰值加速度310gal）的作用，较好的实现既定的抗震性能目标。

超限设计主要措施

通过以上各个步骤的反复计算比较，找出了本工程的薄弱部位，结合本工程的抗震性能目标，采取了如下措施：

（1）本工程A塔、B塔采用由外周劲性混凝土柱和混凝土外框梁、钢-砼组合梁板和中间钢筋混凝土核心筒构成的框架—核心筒混合结构。外框架和中心筒体共同抵抗水平风力和地震力产生的倾覆弯矩，承担水平地震剪力,形成多重抗侧力体系。

（2）外框沿高度方向设置两道腰桁架，同时加大各层外框架环梁的尺寸，以增大外框架的整体刚度。满足外框架所承担地震剪力大于总地震剪力10%的规定。

（3）提高钢筋混凝土筒体外圈墙体重要部位配筋率，特别是在中震作用下底部出现拉应力的墙体，以及角部约束边缘构件，施工图阶段将设置型钢予以加强。

（4）由于建筑功能对连梁高度的限制，部分连梁在中震作用下抗剪能力不足，施工图采用连梁截面内设置钢板以提高抗剪承载力，满足抗剪弹性的目标。同时为提高连梁的延性，对于跨高比不大于2的连梁，配置交叉暗撑。

（5）避难层设置带状桁架，上下层楼板在中震作用下，应力集中明显，施工图阶段将加大板配筋，并设置双层双向钢筋予以加强。

（6）核心筒中间楼板以及二层开洞处楼板厚采用150mm，施工图阶段将加大板配筋，并设置双层双向钢筋予以加强。

（7）根据大震计算的结果，施工图阶段在底部及顶部外圈墙体受力较大的部位相应增加剪力墙及暗柱的配筋。

结论

本文根据A、B塔结构的风洞模型试验数据，利用多种有限元软件对其结构受力进行了反复计算比较，找出了本工程的薄弱部位，并进一步提出了保证抗震性能目标的超限设计主要措施。以便以后类似工程的结构设计中可以进行参考。

参考文献：

[1]《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）[S]．北京，2008．

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[S]．北京，2010．

[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）[S]．北京，2002．

[4]《钢结构设计规范》（GB50017-2003）[S]．北京，2003．

[5]《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）[S]．北京，2001．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。