第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 国家开发银行辽宁省分行营业用房项目 超限高层结构设计 罗建国，刘林林，李春前，朱勇军，江坤生 （悉地（北京）国际建筑设计顺间有限公司，北京100012) 摘要国家开发银行辽宁省分行营业用房项目主体地上21层，地下2层，结构高度109.8m，建筑标准层平面呈不 规则的凹形，楼板开洞的面积较大，且竖向局部相邻层层高突变，属于复杂超限高层建筑.
具体设计时，从抗震 概念设计出发，采用 PKPM 2010系列 PMSAP(SPASCAD）模块及MIDASbui1ding2012对结构进行了整体弹性分析、 反应谱分析（小震弹性，中震弹性/不屈服）和小震弹性时程分析，采用PKP2010系列EPDAAPUSH模块进行了 大震静力弹塑性推覆分析.
同时，针对多项超限情况，提出了对应的抗震构造措施，实现了预定的抗震性能目标， 可供同类型工程设计借鉴.
关键词高层建筑，不规则，抗震性能，超限设计，技术措施 1工程概况 国家开发银行辽宁省分行营业用房项目位于沈阳市沈河区青年大街与 西滨河路交汇处，沈阳凯宾斯基酒店以东，面向沈阳市中心地带最大的绿化 区域--青年公园，总建筑面积约为4.3万㎡，建筑效果图如图1所示.
主 体地上为21层，结构总高109.8米，底部6层层高5.1m~8.1m，以上标准 层层高4.5m：地下2层，层高分别为4.5m与6m.
建筑标准层平面呈不规则的凹形，整个平面凹形的两肢近似于一个单向 拉长的框筒结构，两肢通过中间的连廊连接.
在4、5、6层整层都有楼板， 从8层起北侧凹口每三层有楼板连接（图2（d））.
在楼层最顶层设置水 平放置的巨型交叉支撑（图2（e）），在凹形平面南北两侧立面6层以上 均为玻璃幕墙.
平面因建筑效果的需要，中庭两侧柱子为斜柱.
结构三维模 型图及主要楼层平面图见图2.
图1正立面效果图 （a）三维模型 （b）中庭剖面 （e）标准层平面（一） （d）标准层平面（二） （e）顶层平面 图2三潍模型及结构平面图 作者摘介：罗建国（1975-），男，士 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 主体结构为部分采用型钢混凝土构件的钢筋混凝土框架-剪力墙结构，由于大多数楼层楼板不连续， 左右两肢核心筒仅靠中间5m左右宽的楼板联系，南侧斜柱对楼板也会产生一定的应力作用，因此采用现 浇钢筋混凝土梁板结构，且适当增大板厚，同时考虑钢筋双层双向拉通配置.
本项目的设计使用年限为50年，抗震设防类别为乙类，安全等级为一级，所在地区的抗震设防烈度 为7度（0.10g），设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类.
承载力设计时风荷载按100年一遇取值， 风压值为0.60kN/m，地面粗糙度为C类.
基础采用天然地基上的筏板基础，基础埋深约12.8m.
2超限情况及抗震性能目标 根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（2010年）》，本项目所涉及的超限项目主要有 以下4个方面： （1） 第2a项和第3项，即平面凹凸不规则和楼板不连续，因平面造型使得多层楼板开洞面积较大， 出现了平面凹凸尺寸超过相应边长的30%、楼板开洞面积大于30%或有效宽度小于50%的情况： (2) 第6项，即承载力突变.
第47标准层层层高分别为8.1m、5.1m、6.0m和4.5m，导致第4、 6标准层的抗剪承载力不满足大于相邻上一层的80%的要求： (3) 第7项，即其他不规则.
主要体现在局部存在斜柱.
本工程中框架的抗震等级为一级，剪力墙的抗震等级为一级，在满足国家、地方规范的同时，根据性 能化抗震设计的概念进行设计，各构件的抗震设计的性能目标见表1-3.
表1抗震设计的性能目标 地震烈度水准 小震 中霞 大霞 最大层间位移角限值 1/800 1/300 1/100 第3水准 核心筒主要 第4水准 轻微损坏（底部加强部位：抗 墙体 剪弹性，抗弯不屈服：其他楼 轻微损坏部分中度损坏 层：不屈服） （抗弯部分进入塑性） 竖向 斜框架柱及 第3水准 第4水准 中间连库两 第1水准 构件 轻微损坏，抗剪弹性，抗弯不 轻微损坏部分中度损坏 构 侧框架柱 结构完好无 屈服 （抗弯部分进入塑性） 件 损环（抗弯、 抗剪均处于 第3水准 第4水准 其他垂直框 弹性状态） 轻微损坏（底部加强部位：抗 架柱 剪弹性，抗弯不屈服：其他楼 轻微损坏部分中度损坏 层：不屈服） （抗弯部分进入塑性） 水平 第3水准 第4水准 构件 大跨度梁 轻微损坏部分中度损坏，（抗 中度损坏 剪弹性，抗弯部分进入塑性） （抗弯多数进入塑性）
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3结构计算分析 本工程采用PKPM 2010系列PMSAP(SPASCAD)模块进行各工况下的整体分析I、51，采用MIDAS building2012对弹性阶段的整体分析进行校核.
根据抗震规范（GB50011-2010），还宜进行大震下弹塑 性变形验算，故采用PKPM 2010系列EPDA&PUSH模块进行了静力弹塑性推覆分析（pushover分析）.
3.1小震反应谱及风荷载作用下的弹性计算分析 采用场地地震安全性评价报告给出的地震动参数比抗震规范（GB50011-2010）中相应的指标均有一定 程度的提高，因此，在进行小震计算时采用安评谱，并考虑双向地震作用：而在中震、大震计算时采用规 范谱.
采用PMSAP和MIDAS的小震计算结果如表2所示.
从表2中可以看出，PMSAP（SPASCAD)及MIDAS两种软件分析的各项弹性指标具有一致性和规律性，表 明使用的软件是可行的，模型的计算结果是可信的.
此外，弹性分析结果符合工程经验及力学概念所做的 判断，结构具有合适的刚度，计算结果均满足现行国家规范及规程的要求.
表2小震反应谱及风载作用下弹性计算结果 项目 PMSAP (SPASCAD) MIDAS 规范限值 (秒) 振动方向 (秒) 振动方向 T1 2.3950 (X) 6765 (X) T2 1. 8262 (Y) 1.8858 (Y) 周期 T 3 1. 7514 （) 1. 8057 () X 96. 20% X 93. 74% 90%（满足要求） 质量参与系数 Y 96. 00% 91. 28% 90%（满足要求） Tt 扭/T1 0.73 0.70 0.85（满足要求） x 1/4472 1/3673 风载下位移角 Y 1/8350 1/7448 1/1446 1/800（满足要求） 地震作用下 x 1/1320 位移角 Y 1/2230 1/2037 x向最大位移与 层平均位移比 1. 135 1. 134 X向最大层间位移 与平均层间位移比 1. 156 1. 197 地震作用下 位移比 1.2（满足要求） 向最大位移与 1. 145 层平均位移比 1.153 X向最大层间位移 与平均层间位移比 1.114 1.146 地震作用下 x 18679 23680 基底剪力 Y 18489 22423 X 向 (E;dx / GF°) 6.53 5.75 重比 1.4（满足要求） Y向（Ejdx/GH°) 11. 34 10.74
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.2小震弹性时程计算分析 按抗震规范（GB50011-2010）的要求，采用5条天然波和2条人工波进行小震弹性时程分析，并与反 应谱分析结果进行对比.
两种方法计算所得的基底剪力见表3.
表3小震弹性时程分析与反应谱分析结果对比 0（向） 90°（Y向） 时程分析 基底剪力(kx) 时程基底剪力/ 基底剪力(kN) 时程基底剪力/ 反应谱基底剪力 反应谱基底剪力 天然波 Holly 14258 0. 76≥ 0. 65 19273 0. 81 ≥ 0. 65 天然波 TD-JHX1 18257 0. 98≥ 0.65 22874 0. 97≥ 0.65 天然波 TD-JHY1 19492 1. 04 ≥ 0.65 22575 0. 95 ≥ 0. 65 天然波 TD-JHY3 16181 0. 87 ≥ 0.65 19305 0. 82 ≥ 0. 65 天然波Elcent 16015 0. 86≥ 0. 65 66161 0. 84≥ 0. 65 人工波 DBSC50632 18732 1. 00≥ 0. 65 23737 1. 00≥ 0. 65 人工波 DBSC50633 16122 0. 86≥ 0. 65 17666 0. 75 ≥ 0. 65 时程分析平均值 0. 91 ≥ 0.80 20747 0. 88≥ 0.80 反应语值 18679 23680 表3及图3中的结果表明，每条时程曲线计算所得结构底部剪力均不小于振型分解反应谱法计算结果 的65%，多条时程曲线计算的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80%，说明时程 波选取是合适、满足规范的.
另外，由图4可以看出，在结构前2个周期点上，时程平均谱的地震影响系数与规范谱影响系数分别 相差11.1%、19.2%，满足不大于20%的要求.
规范谱 10-03 中X1 平均语 T0-N) DBSCSO6L 1400 图3安评谱与规范谱层间剪力的对比 图4安评谱与规范谱的对比 3.3中震弹性/不屈服计算分析 目前的中震设计是在小震计算的基础上调整计算参数和设置各种抗震构造措施来实现的，中震弹性即 指结构在中震作用下，结构承载力满足弹性设计要求，计算时不考虑地震内力调整，采用与小震时相同的 作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，不考虑风荷载作用.
中震不屈服即结构在中震作用 下，结构承载力满足不屈服设计要求，计算时不考虑地震组合内力调整，荷载作用分项系数取1.0，材料 强度取标准值，抗震承载力调整系数取1.0，不考虑风荷载作用.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 由底部若干层的构件配筋信息可以看出，剪力墙、垂直框架柱的底部加强区、斜框架柱和中间连廊两 侧框架柱以及大跨度梁均能满足中震下抗剪、抗弯弹性的要求，这也表明上述部位同时也满足中震不屈服 的要求.
3.4大震静力推覆（pushover）计算分析 大震静力弹塑性推覆分析（pushover）的目的在于满足“大震不倒”的第三水准抗震目标，同时对结 构在大震下的薄弱层和塑性较发生发生部位加以预测.
x向 Y向 280851 1 图5大震下需求谱一能力谱关系对比曲线 图5为计算所得的需求谱与能力谱关系曲线，其交点即是“性能点”，表4给出了大震下性能点处的 基底剪力、顶点位移和层间位移角及其与小震弹性结果的关系.
表4大震下性能点处计算结果 指标 计算结果 X向 Y向 大震 69447 74844 基底剪力 小震 18679 23680 大震/小震 3.72 5.48 大震 280. 4 151. 0 顶点位移 小震 51.2 37. 4 大震/小震 3. 16 3.97 大震 1/322 1/557 层间位移角 小震 1/1446 1/2230 大震/小震 4. 49 4. 00 如上述图、表所示，在大震性能点步骤下，两个方向的弹塑性层间位移角均小于规范要求限值1/100， 说明结构具有足够的刚度储备和内力重分布的能力，不至于被破坏到临界倒場极限状态.
因此，结构整体 抗震性能满足大震不倒塌的抗震性能目标，故可判断为结构“大震不倒”.
同时，计算中还发现底部第1、 2层部分墙体存在比较严重的刚度退化现象，应对这些墙体进行加强.
从结构在大震下的变形和塑性较出 现位置及发展状态来看，现设计方案是安全可行的.
