第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 苏州丰隆城市中心T3塔楼超限高层结构设计 赵宏康，戴雅萍，张杜，李昌平，倪秋斌，唐胜平 （苏州设计研究院股份有限公司，苏州215021） 提要：苏州丰隆城市中心T3塔楼是主体结构每层开有大羽口的B级高度体型特别不规则超限高层，本文对其结构设计 作了介绍.
该塔楼采用剪力墙结构，剪力墙尽量均匀布置，在楼面开洞连接薄弱部位采取了加大楼板厚度、加大楼板配筋以 及分拆单体包络设计等措施，并进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析.
分析结果表明，结构整体及各构件的抗震性 能均满足设计要求，连接薄弱部位的楼板能够有效参与结构整体工作，结构整体安全，满足规范要求的“大震不倒”抗震设 防目标.
关键词：大开洞，剪力墙，地震反应，楼板应力，动力弹塑性时程分析，超限 1.工程概况 苏州丰隆城市中心位于苏州工业园区金鸡湖畔，总建筑面积为411.638m²，由28-41层共4幢塔楼、 2-6层裙房及2-3层地下室组成.
工程分两期建设，本文介绍的T3塔楼属于一期，位于整个场地的东北 角.
建筑总图和效果图见图1和图2.
T3 T3 图1总图 图2建筑效果图 T3塔楼为41层，典型层高4.5m、3.5m，主体结构高度为147.9m，房屋最大高度为159.7m.
该塔楼 设二层地下室、不设裙楼.
塔楼功能为SOHO，地下室功能为停车库和设备用房，不含人防工程.
从图3所示标准层建筑平面可见，开发商和建筑师为了获得更大的 面宽、更高的得房率，标准层建筑平面确定为48.5m×48.5m方形，楼电 L 梯间形成的竖向交通盒位于建筑平面的正中，而将围着交通盒四周的部 分楼板都开有大洞口.
苏州市的基本风压为0.45kN/m²（50年一遇），本工程临近金鸡湖， 所在场地地面粗糙度类别为A类，风载体型系数取为1.40.
基本雪压为 0.40 kN/m².
建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年.
建筑抗震设防类 别为标准设防类（建筑专业核算人数在2500人以内）.
苏州市抗震设防 图3标准层建筑平面 烈度为六度，设计基本地震加速度值0.05g，设计地震分组为第一组，按
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 地安评报告，水平地震影响系数最大值为0.077.按地勘报告，建筑场地类别为Ⅲ类，地面下20m内土层 等效剪切波速165~161m/s，特征周期值为0.51秒（插值确定）.
2.结构设计及分析 2.1基础设计 从勘探揭露的土层可知，本场地自然地面以下130米以内的土层为第四系早更新世Q1及其后期的沉 积地层，属第四纪湖沼相、河口～滨海相沉积物，主要由表层填土、下伏粘性土、粉土和砂土等组成.
本工程塔楼及地下室均采用桩基础.
根据勘察报告，考虑荷载大小、平面分布及地基持力层的分布情 钻孔灌注桩，并采用后注浆工艺以提高单桩承载力，单桩抗压承载力特征值为6700kN：选用（8）号粉土与 粉质粘土互层为地下室桩基础桩端持力层，有效桩长26m，采用中600mm钻孔灌注桩，单桩抗压承载力 特征值为1400kN、单桩抗拔承载力特征值为800kN.
基础埋深为11.75m，采用独立桩承台（纯地下室范围）和桩筏基础（高层下）.
2.2结构体系和结构布置 从建筑平面特点和使用功能出发，T3塔楼采用钢筋混凝土剪力墙结构 （个别剪力墙在二层楼面需要转换，但框支剪力墙的面积小于剪力墙总面 积的10%）.
典型标准层楼面如图4所示.
结合建筑平面布局布置剪力墙， T3塔楼除个别剪力墙转换外，其余剪力墙均从下向上布置保持不变.
剪力 墙墙体厚度由底层的350mm向上渐变为200mm，墙身混凝土强度等级由底 层的C60向上渐变为C30.
按建筑设计，T3塔楼在标准层平面均围绕中央交通盒开有很大的洞口， 同时该区域集中了楼电梯间的开洞，使建筑中间部分较大范围有效楼板宽 图4标准层结构平面 度小于典型宽度的50%，需要验证结构整体性和中央交通盒结构的稳定性.
为获得优良的结构整体抗震性能，首先从设计理念上尽量弱化楼板在各抗侧力构件之间传递水平力的 作用，因此将结构抗侧力构件-剪力墙在平面上尽量均匀分布，沿结构外围围合成封闭环形，使外围结构 能够将大部分水平力传递下去：同时尽量弱化中央交通盒部分的剪力墙，以该部分剪力墙能够保证中央交 的整体性.
剪力墙抗震等级为二级，局 部框支框架抗震等级为一级.
楼盖为现浇钢筋混凝土梁以 及110~150mm厚的现浇混凝土楼 板组成.
因超高层塔楼和地下室连为 一体不能分缝，所以在高层塔楼 与地下室之间设沉降后浇带，待 塔楼封顶、塔楼和地下室各自完 成部分沉降后再浇筑，以释放部 分沉降差.
2.3弹性计算分析 整体计算模型 拆分模型-外圈 拆分模型-核心筒 图5T3塔楼计算模型
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 结构设计按整体模型和内天井楼板开洞薄弱部位拆分成两个单独结构分别计算，取强度包络设计.
T3 塔楼整体模型及拆分模型如图5所示.
采用YJK和MIDASbuilding进行静力和小震、中震作用下的弹性分析，并互作校核.
T3塔楼整体模型主要指标如表1所示： 表1整体模型计算结果 序 程序 科目 MIDAS building 规范控制值 号 YJK T 3.01(X向平动） 2.90 (X向平动） 周期（S） T 2.90（Y向平动） 2.78 （Y向平动) T 2.01(扭转) 1.97 （扭转） 2 周期比T/T 0.670 0.680 0.85 剪重比（%） X向 1.759 1.75 3 Y向 1.794 1.83 1.8 有效质量 x向 98.28 96.79 4 系数（%） Y向 98.15 ≥90 96.94 刚重比 x向 5.27 5.99 ≥1.4满足整体稳定，≥2.7不 Y向 5.57 6.06 需考虑重力二阶效应 层 地震 X向 1/1599 1/1735 间 作用 Y向 1/1667 1/1860 6 位 X向 1/4158 1/4514 1/1000 移 风荷载 角 Y向 1/4216 1/4469 规定水平力下最大 X向 1.13 1.17 层间位移比 Y向 1.19 1.19 ≤1.4 楼层刚度比最小值 x向 1.00/42 层 1.00/42 层 及所在层数 Y向 ≥1 1.00/42 层 1.00/42 层 楼层抗剪承裁力比 X向 0.97/12层 0.97/7层 宜≥上一层受剪承载力80%， 最小值及所在层数 Y向 0.99/4层 0.98/7层 ≥65% 10 框支柱/墙轴压比最大值 0.58/0.49 0.56/0.49 0.60/0.60 风荷载作用下顺风 X向 向、横风向顶点最 0.035/0.013 0.031/0.013 II 0.15 大加速度 Y向 0.035/0.013 0.031/0.013 12 结构总质量（) 129029.824 131332.360 多遇地震下楼层地震反应力、最大楼层剪力、楼层位移、层间位移角，以及风载下楼层位移、层间位 移角示于图6：
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 58下 地震用下 地震作用下 1364 5向最大用力22.1600 8用大力 2.4 地用Y ARS用T RRIRY 23818-2.50 8-3IW 图6主要计算结果 可见，楼层的层间位移角都满足规范限值.
多遇地震下结构的弹性时程分析选用一组二向人工波和二组二向天然波，共三组波取包络设计.
从图 7可见实际和人工加速度时程的平均地震响应系数曲线与 振型分解反应谱法所采用的地震响应系数曲线在统计意义 上相符，在主要周期点上的误差不大于土20%，满足规范 要求.
弹性时程分析的主要计算结果见图8.
从图中弹性时程分析结果可见，每条时程曲线计算所 得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪 10 力的65%，不大于135%：三条时程曲线计算所得的结构底 部剪力平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的 图7规范谱与地震波谱对比图 80%，不大于120%，满足规范对弹性时程分析的基本要求.
但中部个别楼层振型分解反应谱法不能包络三组地震波计算结果的最大值，设计时应放大相应楼层的地震 力以包络三组波的最大值.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 A 主万向最大楼残力类线 主方舟最大型务力油线 主方向最大楼可能自位 主方内量大楼显电自线 主方向最大银经位系电线 主东向最大楼显位界自线 主方向是大间公彩角自线 主方内是大店间化服准自线 图8弹性时程分析主要计算结果 通过两个不同力学模型的软件对比分析，所得的计算结果基本吻合，周期、位移和内力结果一致，内 力、变形合理，说明计算结果正确可靠，且均满足《建筑抗震设计规范》GB50011-2010和《高层建筑混 凝土结构技术规程》JGJ3-2010的要求.
3.结构超限判别及抗震性能设计 3.1结构超限检查 T3塔楼建筑高宽比为3.02，长宽比为1.0，均不超限.
T3塔楼总高为147.9m.
六度抗震设防时钢筋混凝土剪力墙结构的最大适用高度为A级140m、B级 170m，因此T3塔楼为B级高度高层建筑，高度超限.
从计算结果可见，T3塔楼考虑偶然偏心的规定水平力地震作用下扭转位移比大于1.2，属于扭转不规 则：平面凹凸规则：楼板开洞面积大于30%，楼板不连续.
存在2项不规则，不存在严重不规则.
总体来说，T3塔楼属于特别不规则的B级高度超限高层建筑.
3.2超限审查意见 超限审查专家意见有以下四条： A.塔楼的剪重比应按安评报告调整为1.8%： B.转角窗处适当增加构件：局部转换处构件的抗震措施宜适当提高： C.嵌固端的位置建议下落一层：应根据弹性时程分析的结果采用大值调整楼层剪力： D.应补充大震下弹塑性动力时程分析，提供水平构件的相关结果作为楼层疏散安全的保证.
3.3抗震性能设计及目标 针对本工程的特点和超限情况，本工程总体按性能目标C的要求设计.
结构抗震性能目标要求确定如表2所示：
