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摘要：长东北科技商务中心工程南楼地下2层，地上26层，主体高度99.6m，框架-剪力墙结构，裙房地上4层，20.3m，裙房与主楼未设缝连为一体。该工程结构体型复杂，其中一些体型指标超过了规范的允许范围。重点介绍主楼结构计算依据以及主要计算指标，以及主要技术问题和采取的加强措施。
关键词：计算分析;复杂体型; 加强措施
Abstract: Changchun Northeast Center of technology and business has 2 floors under ground and 26 floors over ground, with its height 99.6m. It is a building with frame-shear wall structure system. The annex has 4 floors, with its height 20.3m. There is no structural joint between the main building and the annex. The building has a complex formation, and some indices are out of rules of the codes. The emphases are laid on the main calculation basis and calculation indices. Furthermore, the technical problems and the enhancing measurements are also specified.
Keywords: calculation and analysis; complex formation; enhancing measurements
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
长东北科技商务中心-南楼项目位于长春市高新技术开发区北区，北四环路以南、远达大街以西地块内。由长春盛世集团投资建设。总用地面积：195656.88m²，建筑主要功能：地上为办公，地下为车库及附属配套设施。建筑面积：88008m²，其中地上55144m²，地下32864m²。该建筑采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构形式。主楼高度99.6m，地上26层，地下2层；裙房高度20.3m，地上4层，地下2层。建筑整体呈弧形，总长约120米，未设置结构缝。建筑效果和首层平面见图1，2。
图1 建筑效果图
2 结构设计
2.1自然条件
该建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，场地土类型属中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类场地，场地特征周期为0.35s。场地为抗震一般地段，场地土不液化，无不良地质作用，稳定性良好。该地区基本风压0.75kN/m2（100年重现期），地面粗糙度B类，基本雪压0.4kN/m2。
图2 首层平面图
2.2主体结构设计
本工程建筑结构安全等级二级，结构重要性系数1.0。该工程主楼部分地上二十六层，地下二层，采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。上部结构抗震等级：框架为二级, 剪力墙为二级，地下一层部分与上部同，地下二层框架为三级, 剪力墙为三级。剪力墙底部加强区范围为-2～3层。屋盖及楼盖均采用现浇钢筋混凝土梁板结构，板厚最小取110mm，楼板平面内刚度较大。局部大空间梁考虑采用预应力以满足挠度要求。
由于建筑功能及立面需要，裙房与主楼未设抗震缝。为尽量减少混凝土的伸缩应力和温度应力的影响，除施工时考虑设置后浇带外，顶层、间隔楼层及外侧框架梁钢筋加强。
混凝土强度等级：C55~C30。主要柱尺寸：800X1200~700X800。核心筒墙厚：外墙400，内墙400~200；主楼端部剪力墙厚300。
3 计算结果分析
本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的SATWE（2010.9.26版）进行各种工况下的整体分析，采用PMSAP程序进行弹性阶段整体分析验证。
3.1 多遇地震作用下弹性分析
多遇地震分析时，考虑偶然偏心作用，考虑双向地震作用。对楼板采用刚性楼板假定，核心筒处局部楼板采用弹性楼板。活荷载折减系数0.5，周期折减系数0.85，连梁刚度折减系数0.6。多遇地震影响系数最大值为0.08。
主要计算指标如下。
表1 前9阶振型的指标
表2 位移指标
图3 X向地震作用层剪力
图4 Y向地震作用层剪力
图5 X向风荷载作用层剪力
图6 Y向风荷载作用层剪力
层位移比取在刚性楼板假定下，考虑偶然偏心影响的地震作用，X方向最大位移比为1.10，Y方向最大位移比为1.31。
从计算数据可知，两个计算程序的结果比较接近，结构在各项指标上均符合规范要求。
3.2 弹性动力时程分析
采用SATWE程序进行弹性动力时程分析，选择了五条天然波（TH2TG035、TH3TG035、TH4TG035、EAR-2、VAH-2）和两条人工波（RH1TG035、RH3TG035）。主方向的峰值加速度取35cm/s2，次方向峰值加速度取为主方向的0.85倍，地震波的有效持续时间均大于结构基本自振周期的5倍，时间间隔为0.02s，满足规范的要求。弹性动力时程分析结果见表3。
表3 SATWE弹性动力时程分析结果
每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%，七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计算结果的80%，均满足规范的要求。时程分析得到地上部分结构平均层剪力，在X和Y方向均小于CQC方法的层剪力，故该工程采用结构地震作用效应较大的反应谱法作为设计依据是合理的。
图7 弹性动力时程分析X向层剪力
图8 弹性动力时程分析Y向层剪力
3.3 墙肢底部在中震下拉应力验算
此种工况是验算中震下底部加强区墙肢不屈服。计算采用SATWE进行，选择按中震（或大震）不屈服进行结构设计。验算时，不考虑地震内力调整，荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取1.0。不考虑偶然偏心和双向地震，地震影响系数最大值取0.23。
根据计算结果，对于不满足受拉要求的墙肢，在墙身内设置Q345型钢，型钢配置从基础顶至裙房层顶部标高处。
3.4 主要技术问题以及解决措施
本工程结构体型复杂。平面及竖向存在多处的不规则。该工程楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）为层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.31倍，扭转不规则；同时该工程偏心率大于0.15。本工程核心筒四季厅处楼板有大面积开洞，造成楼板尺寸和平面刚度急剧变化，局部楼板不连续。同时由于建筑功能及立面需要，裙房与主楼未设抗震缝，导致裙房层以上结构尺寸突变，尺寸收进过大。
针对上述技术问题，本工程采取如下加强措施。
1. 在筒体开洞较大部位设置边梁以增加整体性，并在四季厅处将楼板加厚至180mm，双层双向配筋。
2. 進行主楼两个端部框架区段与相邻筒体局部结构单独建立模型分析，计入双向地震。配筋与整体模型计算比较，按照不利情况设计。
3. 对于核心筒部分的穿层墙，在墙身中设置柱，增加其面外刚度。
4. 验算墙肢底部在中震下的拉应力。
5. 裙房部分未设置结构缝与主楼相连，将主楼与裙房相邻及上一层的竖向构件按抗震等级提高一级采用构造措施。同时对裙房部分单独进行计算，与整体模型计算结果对比，按照不利情况设计。
6. 鉴于左右两端部框架区段端部剪力墙的重要性，将其抗震等级提高一级。该墙体的地震力按照扭转位移比进行放大。
7. 提高框架部分的承载力。对于整体计算模型，各层框架总剪力取结构底层总剪力的20%和框架部分最大层剪力1.5倍二者的较大值，高于规范要求对框架部分进行调整，提高框架部分的抗震作用。
结合结构计算结果，上述措施能够有效提高结构的安全性能，更为有效抵抗地震作用。
4 结论
1）通过计算分析以及一系列技术措施，结构的指标满足规范规定的限制要求。
2）对于体型复杂的建筑，合理地布置结构构件，对结构的性能指标有着重要的影响。对于结构中的关键构件应采取加强措施。
3）对有较大开洞的楼板，应采取措施加强楼板，加强结构的整体性。
4）框架-剪力墙结构体系中，框架部分作为第二道抗震防线，应具有一定的抗侧力能力。结构体型复杂时，应提高框架部分的抗侧力能力。
5）当裙房与主楼未设缝脱开时，考虑裙房与主楼的相互影响。必要时，加强相连的相关构件。
参 考 文 献
[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.
[2] JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2002.
[3] GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2002.
[4] 方鄂华，程懋堃. 关于规程中对扭转不规则控制方法的讨论[J]. 建筑结构，2005，35.
[5] 方鄂华. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：计算分析;复杂体型; 加强措施
Abstract: Changchun Northeast Center of technology and business has 2 floors under ground and 26 floors over ground, with its height 99.6m. It is a building with frame-shear wall structure system. The annex has 4 floors, with its height 20.3m. There is no structural joint between the main building and the annex. The building has a complex formation, and some indices are out of rules of the codes. The emphases are laid on the main calculation basis and calculation indices. Furthermore, the technical problems and the enhancing measurements are also specified.
Keywords: calculation and analysis; complex formation; enhancing measurements
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
长东北科技商务中心-南楼项目位于长春市高新技术开发区北区，北四环路以南、远达大街以西地块内。由长春盛世集团投资建设。总用地面积：195656.88m²，建筑主要功能：地上为办公，地下为车库及附属配套设施。建筑面积：88008m²，其中地上55144m²，地下32864m²。该建筑采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构形式。主楼高度99.6m，地上26层，地下2层；裙房高度20.3m，地上4层，地下2层。建筑整体呈弧形，总长约120米，未设置结构缝。建筑效果和首层平面见图1，2。
图1 建筑效果图
2 结构设计
2.1自然条件
该建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，场地土类型属中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类场地，场地特征周期为0.35s。场地为抗震一般地段，场地土不液化，无不良地质作用，稳定性良好。该地区基本风压0.75kN/m2（100年重现期），地面粗糙度B类，基本雪压0.4kN/m2。
图2 首层平面图
2.2主体结构设计
本工程建筑结构安全等级二级，结构重要性系数1.0。该工程主楼部分地上二十六层，地下二层，采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。上部结构抗震等级：框架为二级, 剪力墙为二级，地下一层部分与上部同，地下二层框架为三级, 剪力墙为三级。剪力墙底部加强区范围为-2～3层。屋盖及楼盖均采用现浇钢筋混凝土梁板结构，板厚最小取110mm，楼板平面内刚度较大。局部大空间梁考虑采用预应力以满足挠度要求。
由于建筑功能及立面需要，裙房与主楼未设抗震缝。为尽量减少混凝土的伸缩应力和温度应力的影响，除施工时考虑设置后浇带外，顶层、间隔楼层及外侧框架梁钢筋加强。
混凝土强度等级：C55~C30。主要柱尺寸：800X1200~700X800。核心筒墙厚：外墙400，内墙400~200；主楼端部剪力墙厚300。
3 计算结果分析
本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的SATWE（2010.9.26版）进行各种工况下的整体分析，采用PMSAP程序进行弹性阶段整体分析验证。
3.1 多遇地震作用下弹性分析
多遇地震分析时，考虑偶然偏心作用，考虑双向地震作用。对楼板采用刚性楼板假定，核心筒处局部楼板采用弹性楼板。活荷载折减系数0.5，周期折减系数0.85，连梁刚度折减系数0.6。多遇地震影响系数最大值为0.08。
主要计算指标如下。
表1 前9阶振型的指标
表2 位移指标
图3 X向地震作用层剪力
图4 Y向地震作用层剪力
图5 X向风荷载作用层剪力
图6 Y向风荷载作用层剪力
层位移比取在刚性楼板假定下，考虑偶然偏心影响的地震作用，X方向最大位移比为1.10，Y方向最大位移比为1.31。
从计算数据可知，两个计算程序的结果比较接近，结构在各项指标上均符合规范要求。
3.2 弹性动力时程分析
采用SATWE程序进行弹性动力时程分析，选择了五条天然波（TH2TG035、TH3TG035、TH4TG035、EAR-2、VAH-2）和两条人工波（RH1TG035、RH3TG035）。主方向的峰值加速度取35cm/s2，次方向峰值加速度取为主方向的0.85倍，地震波的有效持续时间均大于结构基本自振周期的5倍，时间间隔为0.02s，满足规范的要求。弹性动力时程分析结果见表3。
表3 SATWE弹性动力时程分析结果
每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%，七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计算结果的80%，均满足规范的要求。时程分析得到地上部分结构平均层剪力，在X和Y方向均小于CQC方法的层剪力，故该工程采用结构地震作用效应较大的反应谱法作为设计依据是合理的。
图7 弹性动力时程分析X向层剪力
图8 弹性动力时程分析Y向层剪力
3.3 墙肢底部在中震下拉应力验算
此种工况是验算中震下底部加强区墙肢不屈服。计算采用SATWE进行，选择按中震（或大震）不屈服进行结构设计。验算时，不考虑地震内力调整，荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取1.0。不考虑偶然偏心和双向地震，地震影响系数最大值取0.23。
根据计算结果，对于不满足受拉要求的墙肢，在墙身内设置Q345型钢，型钢配置从基础顶至裙房层顶部标高处。
3.4 主要技术问题以及解决措施
本工程结构体型复杂。平面及竖向存在多处的不规则。该工程楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）为层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.31倍，扭转不规则；同时该工程偏心率大于0.15。本工程核心筒四季厅处楼板有大面积开洞，造成楼板尺寸和平面刚度急剧变化，局部楼板不连续。同时由于建筑功能及立面需要，裙房与主楼未设抗震缝，导致裙房层以上结构尺寸突变，尺寸收进过大。
针对上述技术问题，本工程采取如下加强措施。
1. 在筒体开洞较大部位设置边梁以增加整体性，并在四季厅处将楼板加厚至180mm，双层双向配筋。
2. 進行主楼两个端部框架区段与相邻筒体局部结构单独建立模型分析，计入双向地震。配筋与整体模型计算比较，按照不利情况设计。
3. 对于核心筒部分的穿层墙，在墙身中设置柱，增加其面外刚度。
4. 验算墙肢底部在中震下的拉应力。
5. 裙房部分未设置结构缝与主楼相连，将主楼与裙房相邻及上一层的竖向构件按抗震等级提高一级采用构造措施。同时对裙房部分单独进行计算，与整体模型计算结果对比，按照不利情况设计。
6. 鉴于左右两端部框架区段端部剪力墙的重要性，将其抗震等级提高一级。该墙体的地震力按照扭转位移比进行放大。
7. 提高框架部分的承载力。对于整体计算模型，各层框架总剪力取结构底层总剪力的20%和框架部分最大层剪力1.5倍二者的较大值，高于规范要求对框架部分进行调整，提高框架部分的抗震作用。
结合结构计算结果，上述措施能够有效提高结构的安全性能，更为有效抵抗地震作用。
4 结论
1）通过计算分析以及一系列技术措施，结构的指标满足规范规定的限制要求。
2）对于体型复杂的建筑，合理地布置结构构件，对结构的性能指标有着重要的影响。对于结构中的关键构件应采取加强措施。
3）对有较大开洞的楼板，应采取措施加强楼板，加强结构的整体性。
4）框架-剪力墙结构体系中，框架部分作为第二道抗震防线，应具有一定的抗侧力能力。结构体型复杂时，应提高框架部分的抗侧力能力。
5）当裙房与主楼未设缝脱开时，考虑裙房与主楼的相互影响。必要时，加强相连的相关构件。
参 考 文 献
[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.
[2] JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2002.
[3] GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2002.
[4] 方鄂华，程懋堃. 关于规程中对扭转不规则控制方法的讨论[J]. 建筑结构，2005，35.
[5] 方鄂华. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。