保定万博酒店超限结构抗震设计
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提要针对万博酒店的结构特点，本文介绍了超限高层抗震设计的若干问题，包括结构选型、抗震设防目标及实现、超限工程抗震计算、斜柱转换、加强措施等；供同类超限高层参考。
关键词超限高层建筑抗震设防目标结构抗震设计斜柱转换性能化抗震设计
1.工程概况
万博广场位于河北省保定市新市区中心区，东风路与朝阳路交汇处，用地面积4.65万m2，总建筑面积37.08万m2，是由超高层酒店主楼及裙楼、大型综合购物中心、办公楼组成的建筑群。其中酒店主楼地面以上结构面高度201.60米，共50层，建筑物顶部设有15米高的钢构物及39.7米高的建筑装饰指针；地下一层主要为商业空间，地下二、三层功能为停车库、设备用房，其中地下二、三层局部设人防地下室（平战结合）。本文主要介绍酒店主楼超限抗震设计的相关内容。
2.结构选型与布置
酒店主塔楼采用现浇框架－钢筋混凝土核心筒体系，框架柱采用方钢管混凝土柱，典型柱距为9m，柱至核心筒跨度10.5m，办公标准层楼盖系统采用450mm厚空心楼板，其余楼盖系统为现浇混凝土梁及120mm厚混凝土楼板组成；裙房5层，楼顶标高为26.3m，采用框架结构。
由于建筑使用功能要求，主楼（2-J）轴 、（2-5）轴 及（2-9）轴上四根角柱无法落地，利用6层至10层做斜柱转换落地，斜柱角度分别为79.11度及68.96度；由于建筑立面退缩要求，47层楼面处需转换8根角柱。
该结构竖向力由现浇外框架和钢筋混凝土筒体共同承担；由于外框柱较疏，风荷载及地震作用产生的水平剪力以及倾覆弯矩大部分由核心筒承担，通过剪力调整，框架部分能成为抗震的第二道防线，满足规范要求的多防线抗震的设防目标。
3.场地地质条件及地震作用评价
根据勘察结果，拟建场地在勘探深度（80.30m）范围内除地表分布杂填土（Qml）外，其下地层为第四系新近沉积（Q4-2al+pl和Q4-2al+l）的粉质粘土、粉土和砂土；第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）的粉质粘土、细砂；第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）的粉质粘土和砂土。
根据《建筑抗震设计规范》及场地安评报告，本工程地震作用如下表：
表1抗震设防的基本参数
表2设计地震动参数
4.结构超限情况及设防目标
4.1结构超限检查
表3超限情况表
4.2抗震性能目标
本工程为超B级高度的超限高层建筑。按相关规范，结合工程特点，拟采用如下抗震性能设防目标：
表4 抗震性能目标
5.结构抗震计算与分析
5.1结构抗震计算
5.1.1基本计算内容：
1)整体结构小震弹性分析，采用Etabs及SATWE进行对比计算，保证整体结构的各项指标满足规范要求，目的在于确定构件尺寸，保证整体结构的变形满足国家现行规范的要求；
2)基于抗震性能目标的中震、大震分析；
3)整体结构的弹性时称分析，与CQC法分析结果作比较，以确保结构分析的全面性，保证结构受力安全可靠；
4)整体结构的静力弹塑性推覆（push－over）分析，分析结构破损过程中，结构的变形能力，验证大震下的结构安全性能；
5)斜柱部分应力分析，考察该部位应力分布状态，指导后续构件及节点设计；
5.1.2计算基本原则：
这里仅列出规范不包含的内容：
1)小震弹性计算时，全楼考虑0.2Q0剪力调整，按0.2Q。及1.5Vfmax的较大值调整。
2)中震弹性计算时
材料采用设计值并考虑承载力抗震调整系数γRE；
考虑荷载分项系数，地震作用考虑双向地震或偶然偏心，不考虑风荷载组合；
构件内力不进行调整放大；
考虑结构损伤，中梁刚度不放大，连梁刚度折减系数为0.5，周期不折减；
3)中震不屈服计算时
材料采用标准值，不考虑承载力抗震调整系数γRE；
不考虑荷载分项系数，地震作用考虑双向地震或偶然偏心，不考虑风荷载组合；
构件内力不进行调整放大；
考虑结构损伤，中梁刚度不放大，连梁刚度折减系数为0.5，周期不折减；
4)大震不屈服设计验算
材料采用标准值，不考虑承载力抗震调整系数γRE；
不考虑荷载分项系数，地震作用不考虑双向地震或偶然偏心，不考虑风荷载组合；
地震剪力及构件内力不进行调整放大；
考虑结构损伤，中梁刚度不放大，连梁刚度折减系数为0.5，周期不折减；
考虑结构进入弹塑性周期延长后地震剪力的折减；
5.2计算结果与分析
5.1.1小震弹性计算
表6小震弹性（刚性楼板）对比计算结果
5.1.2大震下静力弹塑性（pushover）分析结果
1)在罕遇地震作用下，性能点处各层弹性位移角最大值均小于1/100，符合《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.6.5条的规定，建筑物可实现“大震不倒”的抗震设防目标；
2)推覆过程中，受力方向上的墙肢首先在剪力墙筒的一面出现裂缝，特别是短肢墙和筒内壳单元摸似的连梁与墙支相接的地方出现，接着在连梁（杆单元）陆续出现塑性铰。整体来看，裂缝和铰出现的顺序是底部-中部-上部；特别的，中部在连梁出现铰后还在框架梁接着出现较多铰，但剪力墙只出现少量的裂缝，没发现集中出现铰的情况，塔楼框架柱未发现出铰情况；
3)在整个推覆过程中，6～10层斜柱未出铰，始终处于弹性阶段；
4)由于核心筒承担绝大部分的水平力和倾覆弯矩，推覆过程中，发现底部位置平面外的墙肢过早出现拉力，开裂失效；查看性能点处的首层墙肢底部内力，发现存在拉力，但在可控范围，针对这种情况，我们采取底部加强区部位埋置型钢来抵抗拉力及提高结构延性；
6.结构超限的抗震加强措施
1)斜柱转换部位楼板加厚至150mm；高位梁式转换部位楼板厚180mm；核心筒内楼板及首层、屋面层楼板加厚至150mm；以上部位均采取双层双向拉通钢筋。采用Etabs大震下应力来控制加强部位楼板配筋，确保大震下楼板完整，确保结构具备良好的整体性。
2)6～10层斜柱间设型钢混凝土梁，承受拉力，形成稳固的三角形受力体系；同时采用abaqus软件分析该部位的应力分布状况，指导后期斜柱和节点的施工图设计。
3)底部加强区剪力墙边缘构件中配置型钢，提高剪力墙的延性和极限承载力；墙身竖向分布钢筋根据中震弹性计算下的墙肢拉力配置。
4)框架柱采用钢管混凝土柱，加强柱子的延性和抗震能力。
5)47层楼面局部梁式转换，转换梁采用型钢混凝土梁，同时满足中震弹性设防目标 ，以减小高位转换带来的不利影响。
6)根据抗震设防目标进行相应构件的设计。
7)钢管混凝土柱节点设计，采用钢牛腿混凝土环梁，牛腿翼缘设置钢环板，使钢管壁不承受过大的向外拉的应力；节点设置200mm宽混凝土环梁，合理地配置封闭环筋、箍筋和腰筋后，将形成牢固而安全可靠的结构刚性节点区。
8)采用空心楼盖的办公层，在筒体周边及柱节点区设置一定尺度的实心厚板，配置一定钢筋承担大震下产生的拉应力和面外剪力。
7.结语
本工程为超限高层建筑，塔楼结构平面规则，地面以上主要竖向抗侧力构件保持连续，结构整体比较规则。通过对整体结构的体系和布置进行优化、关键和重要构件作适当的加强及在构造措施方面采用了相应的处理，使其具有良好的抗震性能。
随着结构高度的增加，体型的复杂化，近年来我国在超限高层建筑的结构设计已经开始采用性能化的抗震设计；有具体量化的性能目标及设防水准，能更好的指导构件设计，更好的保证三水准设防目标的实现。未来，基于性能的抗震设计应用将越来越广泛。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看