1 工程概況
遼寧省沈陽市某商業綜合體項目由超高層公寓式酒店、商務綜合樓以及多層商業裙房組成，總建筑面積約為 18. 8 萬 m2，本文就其中的公寓式酒店塔樓的超限高層結構抗震分析及設計進行介紹。該塔樓總高度為 175m，地上 42 層，設有 3 層地下室; 采用框架-核心筒結構作為抗側力體系，并以地下室頂板作為嵌固端。公寓式酒店標準層層高為 3. 6m，其底部六層及避難層的層高均為 5. 2m。該塔樓的結構計算模型如圖 1 所示。
本工程位于七度抗震設防烈度區，建筑結構設計使用年限為 50 年，建筑結構安全等級為二級?？拐鹪O防類別為丙類，地基基礎設計等級為甲級。
2 結構體系
2. 1 上部結構
公寓式酒店塔樓采用鋼筋混凝土框架-核心筒結構，平面布置為矩形，典型樓層平面長度、寬度分別為 35. 9m、30. 9m，結構標準層的構件布置如圖 2所示。
核心筒七層以下外部墻體厚度為 650mm，其余各層沿高度分三個區段，其厚度在 500mm ～ 350mm之間。核心筒內部的墻體厚度根據計算和構造的需要沿高度變化，厚度取值范圍為 200mm ～350mm。
外圍框架柱第十六層及其以下各層采用內置十字型鋼的型鋼混凝土柱，其余各層均為普通混凝土柱。結構第七層及其下各層框架柱截面尺寸分別為1300mm × 1300mm、1100mm × 1100mm、800mm ×1600mm，第八層至十六層之間的框架柱截面尺寸變為 1100mm ×1100mm、800mm ×1600mm。
除避難層外，結構其余各層框架梁的高度為600mm ～ 700mm。在角部框梁未能雙向拉通之處，設置 800mm × 200mm 的暗梁予以加強。用于作為框架梁固定端的核心筒連梁內置 H 型鋼，以保證連梁具有足夠的承載能力，滿足抗彎、抗剪設計要求。
本工程中選用梁板的混凝土等級為 C30，柱墻的混凝土等級為 C40 ～ C60，所用型鋼的材質均為Q345B。
2. 2 地下室結構
經比較分析，本工程的基礎采用樁筏基礎，塔樓核心筒下的筏板厚度為 2800mm，商業裙樓的筏板厚度為 800mm。塔樓選用 Φ800 直徑樁端后注漿鉆孔灌注樁，有效樁長 23m。商業裙房及地下室采用天然地基，利用 Φ600 的鉆孔灌注抗拔樁解決抗浮問題。
作為上部結構的嵌固端，地下室頂板厚度為200mm，采用雙層雙向鋼筋通長布置，且每層每個方向的配筋率不小于 0. 25% 。地下室通過增設后澆帶、膨脹加強帶等措施，降低沉降差引起的內力以及因長度過長而產生的混凝土收縮和溫度效應。
3 結構超限判別
根據《高層建筑混凝土結構技術規程》\\( JGJ 3—2010\\) 和《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》\\( 建質【2010】109 號\\) 的規定，公寓式酒店為超 A 級但不超 B 級高度的結構。
參照文獻［1-3］的相關規定，本工程存在如下三項超出相關的限值。
1\\) 在規定的水平力作用下，樓層及層間最大彈性位移比大于 1. 2，屬扭轉不規則。
2\\) 二層樓板有效寬度小于該層樓板典型寬度的 50%，屬樓板局部不連續。
3\\) 避難層結構的側移剛度比不滿足規范要求，結構存在剛度突變。
4 結構抗震分析
本工程抗震設防烈度為 7 度，設計基本地震加速度為 0. 10g，設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為 Tg= 0. 36s。結構 阻尼比取0. 05。
基本風壓荷載標準值 w0= 0. 60kN / m2\\( 按50 年一遇風壓\\) ，地面粗糙度為 C 類。
結構整體分析主要采用 SATWE、PMSAP 和ETABS 三種程序進行對比計算，按照三水準兩階段設計方法進行抗震分析及設計。第一階段分為小震作用下的彈性分析、中震作用下的彈性及不屈服分析，第二階段為大震作用下的動力彈塑性分析。
4. 1 性能化設計目標
本項目屬于存在平面不規則、局部樓板不連續且剛度突變的超限高層項目，根據《抗規》和《高規》
進行抗震性能化設計?？紤]到結構的重要性及超限程度，按照文獻［1-4］性能化設計的要求，對結構提出相應的性能目標，詳見表 1。
4. 2 小震作用分析
結構小震作用計算采用考慮扭轉耦聯效應的振型分解法，計入雙向地震作用，并選用一組人工地震波和兩條天然地震波進行彈性動力時程補充計算。
結構阻尼比取為 0. 05，主、次分量峰值加速度分別為 0. 36m/S2、0. 306m/S2，地震波的持續時間均大于結構基本周期的 5 倍，并與滿足規范要求的統計意義相符。
小震彈性時程計算結果表明，每條時程曲線計算所得結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的 65%，三條時程曲線計算所得結構底部剪力平均值大于振型分解反應譜法計算結果的 80%。
從最大樓層位移曲線、層間位移角、最大樓層剪力和最大樓層彎矩的計算結果看，振型分解反應譜法的計算結果曲線基本包絡了所用三條地震波的相應曲線，采用振型分解反應譜法所得結果作為結構設計依據是安全可靠的。
小震作用計算結果表明，避難層結構的側移剛度比不滿足規范要求，結構存在剛度突變，薄弱層的剪力按照規范放大地震作用至 1. 25 倍進行設計。
結構第一扭轉周期與第一平動周期之比小于規范規定的 0. 85，三種程序計算的位移角均滿足規范要求，表明結構的剛度合適，在小震作用下結構處于彈性狀態。在規定水平力的作用下，結構的位移比超出 1. 2 的限值，表明結構屬于扭轉不規則體系。結構的整體穩定性驗算大于 1. 4 但小于 2. 7，表明整體結構體系是穩定的，但需要考慮重力作用二階效應的不利影響。其余計算指標均滿足規范要求，主要計算結果如表 2、表 3 所示。
4. 3 中震作用分析
根據抗震性能化設計目標，分別進行結構構件中震不屈服及中震彈性的復核驗算，對結構體系中的關鍵部位和薄弱部位進行加強，使結構滿足中震性能目標的要求。
中震不屈服和中震彈性計算結果表明，構件中震作用下剪力和彎矩比小震作用下有一定的增大，構件截面總體上滿足設計要求。除剪力墻、框架柱的配筋接近規范限制外，結構各層構件的配筋均符合規范要求，并滿足構件性能目標要求，設計取中震作用和小震作用計算結果的最不利工況進行包絡設計。
4. 4 大震作用分析
為找出結構薄弱部位并控制整體結構的彈塑性變形，確保結構在罕遇地震作用下不發生倒塌，本工程采用 PUSH 程序對主體結構進行了大震作用下的彈塑性靜力分析。側推荷載采用彈性 CQC 地震力分布，側推荷載總量最大加載到結構總重量的100% 。計算中不考慮樓板作用，樓板簡化為梁翼緣考慮對結構的承載力作用。
結構沿 X 方向和 Y 方向的抗倒塌驗算結果如圖 3、圖 4 所示?？梢钥闯?，X 方向大震作用下加載到第 27 步，結構的需求層間位移角為 1/181; Y 方向大震作用下加載到第 33 步，結構的需求層間位移角為 1/148，均小于規范對彈塑性層間位移角 1/100的限值要求。
根據彈塑性靜力分析逐步加載過程動畫顯示，結構在約全高 2/3 處的框架梁和剪力墻連梁處首先出現塑性鉸，再逐漸發展到局部剪力墻和框架柱端出現塑性鉸，墻體的塑性鉸破壞以混凝土局部拉壓破壞為主。整體豎向構件具有一定的延性，彈塑性變形能得到控制，結構體系能夠實現結構在罕遇地震作用下大震不倒的設計要求。
4. 5 超限項的設計措施
1\\) 對于扭轉不規則: 計算中考慮雙向地震作用及偶然偏心影響; 適當提高核心筒角部、框架角柱及其相鄰一跨框柱的配筋率并提高型鋼柱的含鋼率。
2\\) 對于樓板局部不連續: 采用彈性板計算; 加大局部板厚，提高其雙層雙向配筋率; 進行小震及中震作用下樓板應力分析，控制不超過混凝土抗拉強度設計值及標準值。
3\\) 對于側向剛度比超限: 計算時按薄弱層考慮，樓層內力放大 1. 25 倍，并進行構件性能化設計;該層及其上下層抗震等級提高一級，核心筒墻體設置約束邊緣構件; 柱箍筋全層加密，軸壓比限值比規范要求降低 0. 05。
4. 6 風載作用下舒適度驗算
根據文獻［5］的規定，取 10 年一遇的風荷載值計算結構順風向、橫風向的頂點最大加速度 αmax，其中加速度按文獻［5］附錄計算。計算結果表明，順風向和橫風向結構頂點的計算最大加速度均不超過0. 15m / S2，滿足相關規范的設計要求。
5 結語
本文介紹了沈陽某超限高層框架-核心筒結構抗震分析及設計，進行了多遇地震、設防地震及罕遇地震作用下的抗震性能分析，并對風荷載作用下結構的舒適度驗算進行了概述。設計中較好地解決了扭轉不規則、樓板局部不連續、豎向剛度突變等超限問題，達到了預定的性能目標，滿足了三水準抗震設防要求，結構具有較好的抗震性能和一定的安全儲備。
參考文獻
［1］ GB 50011─2010，建筑抗震設計規范［S］
［2］ JGJ 3─2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］
［3］ 建質【2010】109 號，超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點［S］
［4］ GB 50010─2010，混凝土結構設計規范［S］［5］ GB 50009—2012，建筑結構荷載規范［S］
