第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 广州南站发现广场抗震性能分析与设计 孙亮‘，邱骏伟”，郭明 （1、2、3广州瀚华建筑设计有限公司，广州51065） 提要：广州南站发现广场项目属于平面与立面较不规则的复杂超限高层建筑，结构体系为钢筋混凝土框架-剪力 墙结构.
本文分析了结构的超限情况并确定了抗震性能目标，采用了基于性能的抗震设计方法，对结构进行了小 震弹性、中震等效弹性计算及大震下的弹塑性时程分析、高区空腹析架对比分析.
以上分析可保证结构实现预先 设定的抗震性能目标.
关键词：超限高层建筑，抗震性能设计，弹塑性时程分析，空腹桁架 1工程概况及结构体系 本项目位于广州火车南站中轴绿色生态广场南侧.
地上28层，地下4层，结构总高度129.8m.首层为 办公大堂及商铺，L2~L3层为金融服务行业办公层，L4层和L15层为避难设备层，L5~L14层为办公低区， 平面呈L性，L16~L28层为办公高区，平面呈矩形，办公区层高均为4.45m.
建筑面积为5.04万平方米， 其中地上3.61万平方米，地下1.43万平方米.
地下室为机动车车库和设备用房，负4层局部为人防区， 核6级常6级.
典型平立面图详图1~4所示.
抗震设防烈度为7度（第一组），场地类别为Ⅱ类，小震反应谱取抗震规范和安评报告的不利值，取水 平地震影响系数amax=0.09.
50年一遇基本风压W=0.60kN/m²，场地粗糙度为B类.
图1建筑效果图及剂面图 图2首层结构平面示意图 本项目用地狭小，建筑对空间的要求较高，结构布置采用了钢筋混凝土框架-筒体结构体系，利用了 建筑的楼电梯间和局部管井边砖墙布置了剪力墙，其余区域大空间均仅设置结构柱，以保证建筑灵活间隔 和地下室车位的使用要求，标准层内部典型梁高600~700.
作者简介：孙亮（1977、03一），男，硕士，高级工程师，注册土木工程师（岩土），一级注册结构工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图3低区（2F~15F）结构平面示意图 图4高区（16F~28F)结构平面示意图 由于剪力墙数量较少，刚度相对较弱，设计时主要采用了以下几项措施以增强结构刚度： a）地下室~四层利用建筑的增加的裙楼交通空间增设了部分剪力墙，以提高结构刚度，具体如图2 所示.
b）高区核心筒偏置且存在较大悬挑（悬挑5.8m)，设计时将4轴剪力墙相连，并在悬臂端部设置二次 浇筑的框架柱以形成空腹桁架，以提高结构的安全度和元余度.
c)将外圈框架梁的高度加高到1150，可提高结构刚度并降低扭转位移比.
通过以上几项设计措施，最终的结构刚度可满足规范要求.
2超限情况及设计难点 根据广东省住建厅“粤建市函【2011】580号文的《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施 细则》，本项目主要存在以下几项不规则，需进行超限审查： a）扭转位移比1.230%，属于凹凸不规则.
c）1~2层大堂处中空，典型楼板有效宽度45%25%，外挑5.2m>4m，属于尺寸突变.
e）为满足地下室停车位及建筑功能要求，-1、2、4、16F存在局部剪力墙转换.
3抗震性能目标 根据国标和广东省标《高层建筑混凝土结构技术规程》，确定本项目的抗震性能目标具体如表1所示， 各项性能水准及分析手段如下： 3.1小震：目标为第1性能水准，采用YJIK和ETABS程序按规范方法进行对比计算和分析，结果满足现 行规范标准的相关规定，则可保证结构在小震作用下“完好、无损坏”的性能目标.
3.2中震：目标为第3性能水准，采用YJK程序进行等效弹性分析，根据广东省《高规》第3.113条第3 款规定，构件设计按以下标准： Sgx 7(S 0.4S)≤ R (1) 7-构件重要性系数，关键构件取1.1，一般竖向构件取1.0.水平耗能构件取0.8； -承裁力利用系数，压、剪取0.74：弯、拉取0.87；
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 表1结构抗震性能目标 地震水准 小震 中震 大震 性能目标等级 C 性能水准 1 3 4 结构宏观性能目标 完好、无损坏 轻度损坏 中度损环 层间位移角限值 1/650 1/125 底部加强部位剪力墙和框架 柱 XA~C轴框架柱及悬挑梁 关键 1F~RF 的①~<③ ×A 轴 ③~ 高区大悬臂梁受弯、受剪不屈服， 构件 ③×D~F轴范围框架一级 无损坏 轻微损坏 竖向其余构件轻度损坏，剪压比 ≤0.15 14F~17F剪力墙（体型突变位 置） 局部转换的剪力墙和概支柱 誉通竖向构件 无损坏 轻微损坏 部分构件中度损坏，即受剪满足剪 压比≤0.15 耗能 普通框架梁、连梁 无损坏 轻度损坏、部分中度损 构件 坏 中度损坏，部分比较严重损坏. 3.3大震：目标为第4性能水准，采用Perform-3D软件进行弹塑性时程分析，控制整体结构的弹塑性位移 角<1/125的要求；采用YJK进行大震等效弹性计算，控制竖向构件受剪截面满足要求. 根据广东省《高 规》第3.11.3条第4款规定，第4性能水准结构，大震下竖向构件的受剪截面按下式控制： VGx Vfbh (2) -剪压比，取0.15； 4、主要分析结果 4.1小震弹性分析 4.1.1小震弹性反应谱主要分析结果： 表2小震弹性反应谱主要分析结果 项目 限值 YJK ETABS T1 3.50 3.64 前3周期 T2 - 3.19 3.38 T3 - 2. 15 2.52 担转周期比 ≤0. 85 0.61 0.69 基成（结构首层）剪重比 X肉 1. 80% 1. 56% 1. 70% Y肉 1. 80% 1. 56% 1.60% 地震下最大层间位移角（结构层号） X肉 1/660 1/1069 (19F) 1/1131 (21F) Y向 1/927 (23F) 1/977 （24F) 风荷载下最大层间位移角（结构层号） X肉 1/1637 (19F) 1/1520 （20F) Y向 1/650 1/750 (23F) 1/671 (23F) 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 45"风荷载下最大层间位移角（结构层号） 1/650 1/719 (20F) 1/823 （20F) 规定水平力下最大扭转位移比（结构层号） X向 1. 4 3.92 3.46 Y肉 3. 11 2.89 首层框架履力矩百分比 X向 20% 18. 7% 21.7% Y向 22. 8% 23.7% 注：原计算剪重比不满足要求，由程序按规范自动调整满足.
4.1.2小震弹性时程分析 按照频谱特性、有效峰值和持续时间的地震动三要素需符合规定的原则，根据建筑场地类别和设计地 震分组，采用2条多遇地震人工波以及5条II类场地的实际记录地震波.
各条波的加速度时程曲线及谱 曲线与规范反应谱的对比如图5所示.
根据《建筑抗震设计规范》第5.1.2条，为保证所选地震波与规范 反应谱在统计意义上相符，其谱曲线与规范反应谱相比，在对应结构主要振型的周期点上相差不大于20%.
由图可见，各条波的频谱特性均能满足要求.
地震作用效应取时程法计算结果平均值与CQC法计算结果的 较大值. 由时程分析结果可知，7条波时程剪力平均值基本小于CQC法：由层间位移角与层剪力的分析结果平 均值均小于CQC法.
实际计算时可直接采用CQC法进行设计.
8-60 平均谱 10-05 22-605 .10 E5-6 9.963 Irlve-FHTB5 Tg10. 35) Ir1lwe-11T35 Tx10. 35 I.1C2 .01 主市向最式根费动 主为向最大硬图为南 1.30 .0) 图5规范反应谱与时程曲线对比 图6规范反应谱与时程分析基底剪力对比 以上小震的弹性计算分析结果表明，本工程的各项整体计算指标、竖向构件的轴压比和各构件的强度 及变形等均能满足规范要求，在风荷载和小震作用下，没有出现零应力区：小震作用下能达到“完好、无 损坏”的第1水准的抗震性能目标.
4.2中震性能化设计 根据广东省《高规》第3.11.3条的规定，对中震的第3性能水准采用等效弹性方法计算，考虑结构的
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 部分塑性发展，阻尼比取5.5%，连梁刚度折减系数取0.4.中震分析的地震动参数按规范取值：9m=0.23， T=0.35s2; 中震计算结果表明，底部加强部位局部剪力墙及框架柱配筋略大于小震计算结果，较多连梁配筋高于 小震结果，但大部分框架梁配筋结果略低于小震计算结果.
关键构件（底部加强部位剪力墙框和架柱、③ XA～C轴框架柱及悬挑梁和连层柱）、一般竖向构件及水平耗能构件均可控制不超限.
主要的抗侧力构件 均未出现全截面受拉，也未出现小翼缘全截面受拉.
部分典型构件配筋结果对比详表3所示，中震与小震 的计算结果较为接近，可取二者的大值进行构件设计，即可满足中震达到第3性能水准的要求.
综上所述， 中震下结构总体能满足仅“轻度损坏”，达到第3水准的抗震性能目标.
表3中震和小震典型构件配筋对比表 框知梁 小质As (cn2) 中展 As (cm2) 五层 45MB 轴 KL9 67 60 十六层 5°6XB 轴 KL4 (1A) 76 67 二十层 45SB 镇 KL.5(1A) 97 89 框知柱 小肃 As (cn2) 中展 As (cm2) 二层 4A 轴 K26 128 116 三层 5XB KL.8 188 168 十五层 5XB 轴 KL.3 204 212 剪力墙 小策 Ash (cn2) 中发 Ash(ca2) 首层3~4XB 轴 3.6 3.6 五层 23BC 轴 3 2.4 十五层 2XBC 轴 2.4 4.3大震性能化设计 4.3.1竖向构件受剪截面验算 根据广东省《高规》第3.11.3条规定，第3、4、5性能水准的结构宜以大震弹性地震力控制竖向构件 的受剪截面，以保证不发生剪切破坏，本工程大震下设定为第4性能水准，依据以上方法进行竖向构件弹 性大震下的受剪截面验算.
采用YJK等效弹性计算，场地特征周期Tg=0.4s，阻尼比取6.0%，连梁刚度折 减系数取0.3. 根据计算结果可知，底部加强部位剪力墙剪压比普遍在0.036-0.075之间，框架柱剪压比在0.01~0.03 之间，中部楼层剪力墙剪压比普遍在0.035~0.089之间，框架柱剪压比在0.015-0.044之间，均小于规范0.15 的限值.
4.3.2罕遇地震的弹塑性时程分析 本项目采用了perfor-3D程序进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析，基本构件采用弹塑性纤维模型模 拟，采用一组人工波（RGB1）和两组天然波（TRB1和TRB2），各条波的弹性反应谱在基本振型周期点 处与规范反应谱相差不超过20%，满足在统计意义上相符的要求.
地震波峰值加速度取220gal，各组波按 水平主方向：水平次方向：竖方向=1:0.85:0.65双向输入，持时25s.
最终计算结果表明，三条波的最不利值为天然波1，其X向弹塑性层间位移角为1/303，Y向弹塑性 层间位移角为1/162，小于性能目标1/125的限值.
罕遇地震作用下结构对地震能量的耗散分配情况详见图7所示，输入结构的地震能量一部分通过动能 和应变能形式转换输出，一部分由结构自身消耗包括阻尼耗能和滞回耗能，当结构仍处于弹性状态时，能 量输出主要由动能、应变能和阻尼耗能组成，当出现滞回耗能后，表明结构已有部分构件进入塑性耗能状 态，这时阻尼耗能也相应增大（结构进入弹塑性后阻尼比增大），从能量耗散图可以看到，滞回耗能约占
