重慶冉家壩廣場3號樓結構設計Structural design for No.3 Building of Ranjaba Plaza in Chongqing

文　兵，張　權，曾　銘（重慶卓創國際工程設計有限公司，重慶401120）

重慶冉家壩廣場3號樓結構設計
Structural design for No.3 Building of Ranjaba Plaza in Chongqing

文兵，張權，曾銘
（重慶卓創國際工程設計有限公司，重慶401120）

重慶冉家壩廣場3號樓主體結構屋頂高度193.0m，是B級高度的超限高層建筑。建筑結構為鋼筋混凝土框架-核心筒結構體系，外圍框架柱下部采用型鋼混凝土柱。該工程采用兩種程序對結構進行了小震和中震作用下的反應譜彈性分析，并進行了彈性動力時程補充分析。同時，通過對結構進行大震作用下的靜力彈塑性分析，證明了該工程結構具有良好的抗震性能，結構安全可靠。

超限高層建筑；框架-核心筒結構；局部支撐；型鋼混凝土柱；有限剛度均勻設置

1　工程概況

冉家壩廣場位于重慶渝北區龍溪街道冉家壩地塊，龍山景觀大道北盡端，新南路南側。該工程塔樓地上40層，地下2層，結構嵌固端為地下二層地面，主體結構高度為193.0m（從嵌固端標高-9.30m起算），標準層層高4.50m，出屋面構架高13.50m，總計算高度206.50m。

結構設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級。建筑抗震設防類別在裙房屋頂以下為乙類，以上為丙類。重慶地區抗震設防烈度為6度（乙類建筑按7度的要求加強其抗震措施），設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35s?；撅L壓0.40kN/m2（50年重現期），承載力設計時按基本風壓的1.1倍采用，并考慮橫風向風振的影響，地面粗糙度為C類。地基基礎設計等級為甲級。

2　主體結構設計

2.1結構體系

塔樓主體結構采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構體系（如圖1），其中核心筒作為主要的抗側力結構。

塔樓建筑平面形狀為矩形，最大高寬比5.4（X向），標準層結構平面見圖2。核心筒平面形狀為矩形，尺寸為12.2×16.4m，最大高寬比15.8（X向）。核心筒底部外墻厚600mm，隨高度增加頂部減少為300mm；筒內墻底部厚200～400mm，頂部減小為200～300mm。為使兩個方向動力特性接近，在X向均勻設置了多道剪力墻，并適當增大了Y向墻體的開洞尺寸。

圖1　冉家壩廣場建筑效果圖

圖2　標準層平面圖

外圍框架柱在五層樓面標高以下部分采用型鋼混凝土柱，截面尺寸為1400×1400mm，配筋率1%，含鋼率4.6%。型鋼混凝土柱可有效減小底部柱截面尺寸，并增加框架柱的強度及延性，改善其抗震性能。五層以上采用普通鋼筋混凝土柱。

由于核心筒高寬比較大，為增加主體結構的整體抗側剛度，同時為減小剛度突變和內力劇增，避免在加強層附近形成結構薄弱層，確保整體結構在罕遇地震下的延性屈服機制，工程采取了對結構有限剛度［1］均勻加強的方式。在第三層和兩個避難層分別設置伸臂桁架和角部桁架，以減小結構在水平力作用下的側移，同時減小外框架柱間的剪力滯后效應，協調相關豎向構件的變形，減小豎向變形差，使豎向構件受力均勻。局部桁架式加強層，在增加結構抗側剛度的同時，最大可能地減小了構架內力不均勻分布的程度。

根據建筑設計要求，第三層為銀行、辦公區大堂，要求其上方為上空設計，因此第四層樓板開洞率達40.3%，約一半平面形成9.60m的結構層高。為增加本層抗側剛度，在角部設置桁架，并沿X向在3-D軸設置伸臂桁架，見圖3。施工時，在伸臂桁架中部設置后澆帶，當主體結構施工完成后再行澆筑，以減少由于外框柱與混凝土筒體豎向變形差異引起的桁架桿件附加應力。在兩個建筑避難層，結合建筑要求，設置角部桁架，見圖4。

圖3　三、四層桁架布置圖

圖4　避難層一、二（15F、28F）桁架布置圖

由于伸臂及角部桁架的設置，不可避免地形成豎向剛度突變。為此，對相關層豎向構件、樓板進行加強處理。豎向構件按中震彈性設計，樓板按地震力計算結果及構造要求進行加厚處理，同時配筋予以加強。

2.2結構超限情況及抗震設計性能目標

根據抗規、高規及《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的規定，工程主體結構高度超過了抗規鋼筋混凝土框架-核心筒結構最大適用高度，為高規規定的B級高度高層建筑。

其他不規則情況有以下三點：（1）五層以下在考慮質量偶然偏心的水平地震作用時，樓層的最大位移比大于1.2，屬于扭轉不規則；（2）第四層樓板開洞面積大于樓層面積30%，為樓板局部不連續；（3）在3-4、15、28層設置加強層，為豎向抗側力構件不連續。

為滿足結構抗震設計三水準要求，該項目進行了兩階段的抗震設計并采取了相應的抗震措施。根據建筑結構抗震性能設計的要求，經綜合考慮各種因素，確定采用C等級的結構抗震性能目標，其抗震性能水準如表1所示。

表1　結構的抗震性能目標

3　結構分析

3.1小震振形分解反應譜分析

工程采用SATWE及ETABS程序對結構進行小震下的反應譜彈性分析。分析時，考慮了扭轉偶聯振動、雙向地震作用以及單向地震作用下偶然偏心的影響。為使整體質量參與系數大于90%的規范要求，共計算了21個振形，采用CQC法進行振形組合，計算結果見表2。

表2　小震下主要計算結果

結構前三階振型分別為X向平動、Y向平動及扭轉，兩個程序計算的自振周期基本一致，周期比滿足規范要求，整體抗扭剛度足夠。位移角滿足規范限值，但在偶然偏心地震作用下，Y向最大扭轉位移比超過規范1.2的限值，屬于扭轉不規則平面。大部分樓層的剪重比均滿足規范要求，僅底部局部樓層剪重比不滿足要求，施工圖設計時，通過放大地震力1.25倍的方式，實現剪重比達到0.006。結構剛重比大于限值1.4，小于2.7，能夠通過結構整體穩定驗算，但應考慮重力二階效應。

通過對結構位移角、剪力、傾覆力矩等指標的分析，可見工程的風荷載作用是結構的控制因素，小震不起控制作用。重慶地區10年一遇的基本風壓為0.25kN/m2，以此計算出的結構頂點橫風向振動最大加速度為0.187m/s2，小于規范限值0.25m/ s2，滿足結構舒適度要求。

從反應譜分析結果來看，各參數結果合理，結構具有合適的剛度，滿足各種工況下的計算要求。SATWE與ETABS計算的結果基本一致，從力學概念和工程經驗等方面進行分析判斷，可以確認其合理性和可靠性。

3.2大震靜力彈塑性分析

推覆分析是一個簡化、實用的分析工具，其基本假定是結構地震反應僅受一個振型控制，推覆力分布模態始終保持不變，并且多自由度系統與等效單自由度系統之間的關系也始終如一。因此，推覆分析本身的不確定性主要來自于基本假定帶來的高振型影響、推覆力分布模態及等效單自由度系統替代帶來的模型不確定性。為考慮高振型的影響，工程應用SRSS原理，對頂點位移和底部剪力進行修正，位移和剪力修正系數分別取1.2和1.25。對推覆力分布，則采用倒三角形等多種加載模態進行比較分析。為應對分析模型的不確定性，工程采取了小震性能控制點校準法進行修正，確保結構在彈性階段推覆分析與振型分解反應譜分析結果一致，以增加非線性分析結果的可信度。

工程采用中國建筑科學研究院編制的靜力彈塑性分析程序PUSH進行靜力推覆分析。經試算比較，側推荷載采用符合地震力層間分布的倒三角形加載方式。由于工程結構平面簡單，在兩個主軸方向的動力特性大致相當，因此僅從X、Y兩個主軸方向進行推覆分析。

從罕遇地震作用下結構能力－需求譜曲線圖（圖5、圖6）中可見，結構在X、Y方向的能力譜曲線均穿越罕遇地震需求譜曲線，表明結構設計的抗震性能達到了罕遇地震的性能要求。性能點處X向大震下最大彈塑性層間位移角為1/270，Y向大震下最大彈塑性層間位移角為1/305，均小于1/111的結構抗震性能目標限值。

圖5　 X向罕遇地震作用下結構能力－需求譜曲線

圖6　 Y向罕遇地震作用下結構能力－需求譜曲線

從兩個方向的推覆結果來看。推覆達到性能點時，底部墻肢出現受拉裂縫多于上部墻肢，筒體連梁出鉸樓層也主要出現在中下部（22層及以下），墻肢裂縫主要集中在小隔墻上，而核心筒外圈等主要墻肢裂縫不多。上述結果可以說明，結構在大震下雖然局部墻體出現開裂，但能夠達到大震不屈服的目標。復核底部墻體的實際配筋，也比程序默認的構造配筋要大，已經進一步予以加強。在兩個方向的推覆作用下，框架柱始終未出現塑性鉸，表明其在罕遇地震作用下具有較大的安全儲備。

4　抗震加強措施

通過對彈性、彈塑性計算結果的分析，結合概念設計的方法，工程采取以下措施保證結構的安全性、合理性及經濟性。

（1）核心筒角部沿建筑物全高設置約束邊緣構件，并提高約束邊緣構件配筋率。提高墻體分布鋼筋配筋率，以增加墻體延性，并減小混凝土的徐變及收縮變形。底部加強部位框架柱內設置型鋼，增加配筋率，箍筋間距不超過100mm，增強框架柱抗剪能力。

（2）嚴格控制框架柱和底部加強區核心筒墻體的軸壓比。除個別小墻肢外墻軸壓比不大于0.5，柱軸壓比不大于0.75。

（3）底部加強區、加強層及相鄰層的核心筒剪力墻和塔樓框架柱抗震等級提高一級，其承載力按6度中震彈性設計控制，從而保證關鍵部位達到大震不屈服的要求。

（4）在內筒外圈墻體樓面標高處設置暗梁，對筒體整體性進行加強。

（5）加強層及其相鄰層樓板分別加厚到150mm、120mm，雙層雙向通長配筋，配筋率不小于0.25%。加強層框架梁考慮軸向拉力，設計時加強通長鋼筋的配置。

5　結語

超高層框架－核心筒結構中，為提高結構整體剛度，控制結構位移，設置加強層是一個有效的技術措施。但是加強層的設置，將會引起結構剛度突變，從而在地震作用下出現應力集中，并易形成薄弱層。因此，從抗震概念設計上應采取“有限剛度均勻設置”的加強原則，即應強調盡量減少單個加強層的剛度，而沿結構高度多設加強層的結構加強方式。這一方式有利于減少結構剛度突變和應力集中，避免在加強層附近形成薄弱層，從而有利于結構在罕遇地震作用下實現延性屈服機制，保障結構的安全。

工程按照“有限剛度均勻設置”這一加強概念，結合建筑實際情況，采用了伸臂桁架與局部桁架結合的加強方式，既增加了結構整體剛度，又最大程度地減小了結構剛度突變。通過采用ETABS及PKPM系列軟件進行的分析表明，結構在小震及大震作用的情況下，均滿足相應性能水準的要求。概念設計與計算分析的結合，確保了工程結構方案的合理有效性，確保了整體結構的安全性。該工程的設計通過了重慶市超限高層抗震設防專項審查。

［1］傅學怡.實用高層建筑結構設計［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010：598.

責任編輯：孫蘇，李紅

The body structureheightof No.3 building ofRanjaba Plaza in Chongqing isup to 193.0m,so it isa high-rise building of Level B.The building structure is concrete frame-core tube system w ith steel reinforced concrete columns at the bottom of peripheral frame columns.Two programs are adopted to carry out response spectrum calculation under frequentearthquake and intermediate earthquake,and elastic dynamic time-history analysis on integral structure is conducted.Furthermore,pushover analysis results under rare earthquake show that the seism ic performance of the structure is sound and the structure issafeand reliable.

out-of-codehigh-risebuilding;frame-core tubestructure;localsupport;steel reinforced concrete column;limited rigidity uniform set

TU37

A

1671-9107（2016）10-0019-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.019

2016-06-29

文兵（1974-），男，四川射洪人，研究生，高級工程師，一級注冊結構工程師，主要從事建筑結構設計及技術管理工作。