周建松 李曉光 崔延衛 李建新 吳述明
1．工程概況
建業•天筑項目位于鄭州市鄭東新區東風南路與榆林南路交叉口西南角，由五棟37層住宅樓、3棟31層住宅樓，2棟20層住宅樓及部分臨街商業和2層的地下車庫組成，其中11#樓為37層住宅樓，由3個建筑單元組成，建筑物總長86.1m，總寬度21.2m，大屋面高度118.1m，地下2層，地下二層層高3.9m、地下一層層高6.1m，地上37層，一層大堂，層高6.2m，其余地上各層層高均為3.1m。±0.000以上三個建筑單元之間設抗震縫，±0.000以下連成一體。 剖面圖見圖1。
本工程主體結構設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級。
抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度（0.15g），設計地震分組為第二組，建筑場地類別為III類，特征周期0.55s，按照8度采取抗震構造措施。主樓抗震等級為二級，抗震構造措施為一級。
基本風壓取0.45kN/ m2（承載力設計時取0.5 kN/m2），地面粗糙度類別為C類，基本雪壓為0.40kN/m2。
2．結構選型
2.1 結構體系
本樓的結構布置，既要保證整個建筑具有一定的剛度，又要保證住房面積的有效使用，結構設計采用了優于其他結構體系的全現澆剪力墻結構體系，豎向抗側力構件上下連續貫通，在剪力墻布置上，不僅在樓梯、電梯等處形成剛度很大的“內筒”，在臥室、客廳、廚房的剪力墻也圍合成了“外筒”，使整個結構形成一個類似于“筒中筒”的抗側力體系，這樣既能滿足建筑功能的要求，又使整個建筑物具備足夠剛度。標準層平面圖見圖2。超高層建筑減輕自重的效果比多層建筑更顯著。自重增大,地震作用即增大,從而使地震作用引起的傾覆力矩增大,豎向構件附加軸力增大,從而造成抗側力構件的截面、配筋增大。另外，房屋自重加大會引起基底壓力增加，基礎造價相應增大，因此滿足結構剛度需要和墻身穩定性的前提下，盡量拉大墻肢長度，增大截面慣性矩，減小剪力墻厚度，減輕房屋自重，既能提高結構抗震能力，也可產生良好的經濟效益。
本樓剪力墻厚度剪力墻厚度及混凝土強度等級見表1。
表1 剪力墻厚度及混凝土強度等級
樓 層
-2～1
2～6
7～11
12～17
18～23
24以上
主要墻厚
400/350
350/300
350/250
250/200
250/200
250/200
混凝土等級
C40
C40
C40
C40
C35
C30
墻厚根據剛度均勻漸變的原則從下到上逐漸減小，依據軸壓比來確定混凝土強度等級。地下一層及一層層高較高，墻厚取400/350厚，墻身穩定性及軸壓比滿足規范要求。一層層高為二層層高的2倍，SATWE分析結果顯示一層側移剛度與二層側移剛度的110%比值：X向為1.042，Y向為1.278，滿足高規第3.5.2條要求。
2.2 結構超限分析
根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3-2010)，針對本工程進行超限分析如表2。
表2 超限分析
規范要求
結構實際情況
結論
結構類型
全部落地剪力墻
全部落地剪力墻
結構總高度
A級高度
滿足要求
平 面 規 則 性
扭 轉
最大位移比
不宜大于1.2
1.18
滿足要求
Tt/T1
不應大于0.9
0.56
滿足要求
凹 凸
樓板凹入或開洞尺寸
凹進一側小于總尺寸35%
凸出21%
滿足要求
開洞面積
≤30%總面積
10%
滿足要求
任一方向樓板最小寬度
≥
-
滿足要求
每一邊樓板最小凈跨
≥
-
滿足要求
豎向
規則性
側向剛度
高規第
≥90%
滿足要求
豎向抗側力構件連續性
連續
連續
滿足要求
樓層承載力突變性
≥80%相鄰上一樓層
≥80%
滿足要求
從上表分析可知本工程不屬于超限高層建筑。
3．結構計算
3.1 多遇地震作用下的彈性分析
整體結構分別采用SATWE( 2010版)和盈建科(2012版)軟件進行三維空間結構有限元整體計算比較，多遇地震作用下采用振型分解反應譜法計算的結果如表3和表4：
表3 結構自振周期
陣型
SATWE
盈建科（YJK）
周期
X向平動
Y向平動
扭轉系數
周期
X向平動
Y向平動
扭轉系數
1
2.7490
0.99
0.00
0.01
2.9102
0.99
0.00
0.01
2
2.7382
0.00
1.00
0.00
2.8245
0.00
1.00
0.00
3
1.5155
0.02
0.00
0.98
1.5582
0.02
0.00
0.98
表4 層間位移角
荷載工況
SATWE
盈建科（YJK）
規范限值
X向
Y向
X向
Y向
地震
1/1108(第 22層)
1/1088.(第 30層)
1/1060.(第 21層)
1/1052(第 30層)
1/1000
風
1/3461.(第 18層)
1/2096.(第 27層)
1/3222.(第 18層)
1/2000(第 27層)
1/1000
從上表可看出地震起控制作用，且均滿足規范要求。
3.2 彈性動力時程分析補充驗算
地震波選用中國建筑科學研究院工程抗震研究所提供的兩條人工波RH1TG055、RH2TG055及五條天然波TH1TG055、TH3TG055、TH4TG055、Courthouse、Elcentro NS。時程分析時輸入地震加速度的最大值為55cm/s2,時間間距0.02s，地震波的持續時間均大于結構基本自振周期的5倍。波形圖如圖3，計算結果見圖4。
由圖4可見，每條時程曲線計算所得結構底部剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%，七條時程曲線計算所得的結構
底部剪力平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80%，均滿足規范的要求。綜合時程分析和反應譜結果可看到，時程法計算結果的平均值比振型分解反應譜法計算結果要小，故結構地震作用效應取振型分解反應譜法計算的結果。
3.3 穩定性及舒適度驗算
本樓高寬比為7.4，X向剛重比EJd/GH2=4.67，Y向剛重比 EJd/ GH2=4.71，該結構剛重比大于1.4，能夠通過高規(5.4.4)的整體穩定驗，且該結構剛重比大于2.7，可以不考慮重力二階效應。
房屋高度為118.1m，未超過規范規定的150m，故可不進行舒適度驗算。
4．結論
（1）超高層結構設計應根據建筑本身的特點采用合適的結構體系、進行合理的結構平面布置，保證結構自身具有良好的抗震性能。在設計時不但要考慮結構設計的合理性, 而且還要考慮到建筑的適用功能，進而滿足建筑的安全性、適用性和耐久性的要求。
（2）加大結構平面的有效寬度，充分利用剪力墻豎向承載力。剪力墻宜布置在結構的周邊位置，必要時可利用窗臺位置設置高連梁以加強抗側剛度，以有利于發揮剪力墻的整體剛度。若不影響使用功能，還可將剪力墻延伸至陽臺外邊緣，以減小高寬比較大的不利影響。
（3）超高層結構中的剪力墻盡可能設置均勻的長墻（應小于8ｍ），盡量少設置短肢墻、獨立墻肢。平面布置時墻盡量對齊，通過連梁或框架梁連成整體，形成貫通整個建筑物結構寬度或長度的多肢墻抗側力結構體系。
（4）地震效應與建筑的重量成正比, 減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。
(作者單位：河南省建筑設計研究院有限公司)