广州地铁坑口综合枢纽工程超限高层抗震分析

广州地铁坑口综合枢纽工程超限高层抗震分析

于彦召

广州市天作建筑规划设计有限公司广州510623

1工程概况

广州地铁坑口综合枢纽工程位于广州市荔湾区地铁一号线坑口站站前，东联芳村汽车客运站。项目总建筑面积180051.0平方米，其中地上建筑面积125211.3平方米，地下建筑面积54839.7平方米。本工程7层以上为南北双塔办公楼，其中B1办公楼（北塔）为本篇介绍的对象，总高为33层，建筑高度144.6m，属超限高层建筑；底部裙房总高6层，南北塔设缝分开，建筑功能主要有商场，超市，电影院等；地下5层，主要用作车库、设备用房、水池等。建筑风格现代、简洁、大方，是荔湾区芳村客运站附近的标志性建筑，其建筑效果图如图1所示。

2.2基础设计

本工程基础设计等级为甲级。根据岩土工程勘察报告，本工程基底地层主要为中微风化岩层，基础底坑地质条件较好，压缩变形小，经比较后确定主楼采用筏板基础，裙房采用独立基础，泥质粉砂微风化带层（fak=3000Kpa）为持力层，塔楼筏板厚为1800mm左右，裙房及地下室防水板800mm左右。本工程有五层地下室，底板标高为-20.3米，埋深较深，场地地下水丰富，根据地勘报告提供的抗浮设计水位，局部自重不足以抵抗水浮力，因此需要采取抗浮措施，经技术经济比较后，确定采用抗浮锚杆方案。

2.3结构体系

本工程塔楼的抗侧力体系采用框架-核心筒结构，为保证建筑效果同时满足结构延性，下部楼层外框柱采用型钢混凝土柱，柱边长1.3m，20层以上转换为混凝土柱，柱截面1.3～1.0m逐步收进；下部裙房采用普通混凝土柱，柱边长0.9m；核心筒采用钢筋混凝土剪力墙，筒体外墙自450～300mm逐步收进。楼盖结构布置：-4～-1层采用无梁楼盖，板厚h=300mm，地下室顶板采用梁板结构，板厚h=180mm，上部为现浇钢筋混凝土梁板结构，典型楼板板厚100～120mm，核心筒内及屋面板厚为150mm，7层（裙房顶）及8层（裙房收进上一层）整层加厚为150mm。筒体标准层连梁高一般为800~1000mm，外围框架梁一般为500×800mm，其他框架梁一般为400×800mm，次梁一般为300×700mm，楼板采用主次梁单向板形式。

3结构计算主要原则

3.1风荷载及地震作用计算原则

本工程位移计算时，风荷载按50年重现期的基本风压为ω0＝0.50kN/m2，承载力计算时，按1.1倍采用的风压为ω0＝0.55kN/m2；地面粗糙度类别为C类，风载体型系数取μs＝1.3。

本工程设计使用年限50年，建筑结构安全等级二级，抗震设防类别裙房为乙类，塔楼丙类。场区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，地震设计分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类，特征周期值为0.35s，属建筑抗震不利地段。

3.2结构抗震性能目标

根据本工程的结构特点和抗震重要性要求，结构抗震性能指标确定为C级，在多遇地震下达到第1性能水准，在设防地震下达到第3性能水准，在预估的罕遇地震下达到第4性能水准，各构件承载力和层间位移角要求详表1所示。

4结构主要分析结果

4.1不同程序整体计算指标

本工程主体结构采用两个不同力学模型的三维空间分析软件SATWE、Midasbuilding进行计算，考虑偶然偏心地震作用，双向地震作用，扭转耦联以及施工模拟加载的影响，主要计算结果汇总见表2。

从上表可以看出，SATWE与MidasBuilding的计算结果相近，这说明计算模型符合结构实际工作状况，且结构计算周期及位移符合规范要求，剪重比适中，构件截面取值合理，结构体系选择恰当。

4.2弹性时程分析

采用SATWE程序进行了多遇地震下的弹性时程分析。按地震选波三要素（频谱特性，有效峰值和持续时间），选取II类场地上2组实际强震记录TH2TG035、TH3TG035，以及一组人工模拟的场地波USER5进行弹性时程分析。计算结果见图5、图6。

时程分析结论：三组地震波（天然波TH2TG035、天然波TH3TG035、人工波USER5）时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80%，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65%的条件。由层剪力弯矩曲线可知，大部分楼层时程反应包络值小于反应谱结果。受高阶振型的影响，顶部8层时程分析剪力包络值略大于反应谱结果，设计时需对顶部楼层地震作用反应谱分析放大后进行验算，确保结构安全可靠。由上述层位移角曲线及层位移曲线可知，时程分析包络值小于反应谱结果，层间最大位移角均满足规范限值1/800的要求。弹性时程分析的楼层内力和位移曲线没有突变，表明地上塔楼结构刚度无突变，没有薄弱层。

4.3静力pushover（推覆）分析

本工程采用PKPM系列的PUSH&EPDA模块――多层及高层建筑结构弹塑性静力、动力分析软件进行PUSHOVER分析。PUSHOVER通过逐渐加大荷载直到预先设定的位移位置，获得荷载－位移能力曲线，再转换为单自由度体系的加速度－位移能力谱，与由大震反应谱转换得到的加速度－位移需求谱的交点即性能点，通过性能点位置的层间位移与规范允许值的对比来评价结构在大震作用下的性能水准。

结构在推覆完成后，最大顶点位移约为846.3mm，结构最终仍能保持直立，满足“大震不倒”的抗震设防要求，结构能力谱与罕遇地震需求谱存在交点（性能点），在罕遇地震作用下，X向最大层间位移角1/148，Y向最大层间位移角1/139，均小于1/100，满足规范规定。在推覆的过程中，塑性铰首先出现在与核心筒相连的框架梁和核心筒剪力墙的连梁上，在水平地震剪力作用下，起到了很好的耗能作用，随着水平推力的增大，有个别塑性铰出现在核心筒底部剪力墙的周边位置，且越接近下部楼层塑性铰越明显，主要分布在剪力墙底部加强区，对较早出现塑性铰的墙肢，需要采用相应的措施予以加强。

PUSHOVER分析结果表明，结构具有相当的承载力及较好的延性，能满足“大震不倒”的抗震设计目标。同时通过推覆分析，对结构的薄弱部位有了一定了解，应适当予以加强以满足其性能目标。

5结论

本工程属B级高层建筑，且存在平面不规则、楼板不连续等不规则项，但高宽比较小，结构体型较适宜，结构分析贯彻概念设计原则进行反复计算及优化。计算结果表明，弹性分析各项指标均满足规范的有关要求，罕遇地震下的弹塑性分析显示结构位移响应满足规范要求，同时可针对分析结果确定的相对薄弱部位，设计时进行适当加强。各项分析结果表明，结构的工作状态和性能均能达到预期性能目标和规范要求。