王洪臣 张 涛 岳焱超

(1.中国建筑西北设计研究院，陕西 西安 710018； 2.西安交通大学，陕西 西安 710054)

1 工程概况

该写字楼位于西咸新区能源金贸区内，地下室为地下车库及配套机房，地上为办公。本建筑为一类高层，总面积58 080 m2，标准层尺寸约44.1 m×44.1 m，结构高宽比3∶1。外围框架柱距为6.2 m，外围柱与核心筒之间距离为12.4 m，建筑总高度136.1 m，地上30层，地下2层，其中1层，2层高6 m，标准层层高4.2 m，在11层，22层设置2个避难层。在第23层～25层向东、南方向悬挑9 m，同时西、北侧凹进，形成体块交错的标志性形象。建筑效果图如图1所示。

2 上部结构设计

2.1 结构体系

本工程采用全钢结构，结构体系采用钢框架—支撑体系，框架柱采用矩形钢管混凝土柱，以满足框架柱长细比及轴压比的要求。外围框架由钢管混凝土柱与H型钢梁组成，核心筒位于建筑

的中央位置，在核心筒四个角布置竖向支撑，形成钢支撑框架。外围框架梁柱之间、外围框架梁与内部核心筒之间均采用刚接，形成钢框架—支撑双重抗侧力结构体系。核心筒为主要的抗侧力体系，承担主要的地震剪力，框架及悬挑桁架作为次要的抗侧力体系，承担部分地震作用。支撑均采用人字形中心支撑支撑。框架抗震等级为一级，支撑抗震等级也为一级。

23层～25层外挑部分采用四榀三层高的平面悬挑桁架来实现；25层～30层，结构整体自核心筒外挑12.4 m，结构采取三层悬挑桁架作为转换层，以支托自身重量及上部楼层的所有竖向荷载。

结构标准层平面图及结构示意图如图2，图3所示。

2.2 结构构件布置

2.2.1核心筒支撑框架

结构核心筒四角采用支撑框架，布置均匀、对称，框架支撑自基础顶面上下贯穿整个结构，且沿竖向连续，无间断。核心筒平面为方形，尺寸为18.6 m×18.6 m，高宽比约为7.3。核心筒自下而上均采用人字形中心支撑，考虑自核心筒直接外挑楼层的传力要求，核心筒局部采用十字形交叉支撑。核心筒内所有框架柱均采用矩形钢管混凝土框架柱，钢材采用Q345系列，根据GB 50936—2014钢管混凝土结构技术规范框架柱轴压比限值为0.7。框架柱矩形钢管尺寸由底部900×900逐步减小为700×700，厚度由底部40 mm逐步减小为20 mm，钢管内填充混凝土强度等级自下而上从C60逐步减小为C40。核心筒外围框架梁采用工字型钢，规格为700×400×16×35，支撑中采用H型钢，规格为600×300×30×30。

2.2.2外围框架

外围框架由矩形钢管混凝土柱和钢梁组成，框架柱的矩形钢管尺寸由底部900×900逐步减小为700×700，厚度由底部40 mm逐步减小为20 mm，钢管内填充混凝土强度等级自下而上从C60逐步减小为C40。钢梁采用工字钢，外围框架平面内梁柱均为刚接，外围框架柱与内部核心筒框架柱之间也采用刚接。

2.2.3悬挑桁架

23层～25层外挑部分，采用四榀与核心筒支撑框架相连、3层高度的平面桁架来实现，外悬挑部分采用斜拉杆，悬挑9 m。由于建筑角部空间及其功能的要求，轴与⑧轴角部处无法设置斜杆桁架，所以在本工程的结构设计时，采用在四榀桁架的平面外纵向设置三层高副桁架进行外挑的作法，最大外悬挑跨度达到21 m。

25层以上，整体自核心筒框架支撑外悬挑12.4 m，采取三层转换桁架，以支托向外悬挑的柱子，在26层～28层核心筒角部，轴与Ⓕ轴相交处设置十字交叉中心支撑，以便均匀的传递竖向压力于下部竖向构件(见图4)。

2.2.4楼板

采用高层建筑常用的组合楼板形式，拟选择钢筋桁架楼承板组合梁板体系，楼面梁采用工字钢梁，一般楼层跨度约为12 m，次梁间距约3 m。次梁钢材采用Q345B，楼板混凝土强度等级采用C40，一般楼层板厚为110 mm，悬挑层楼板局部加厚为150 mm。

在计算整体抗震指标时，按照刚性楼板的假定考虑。计算应力及配筋时，大悬挑部分楼层，由于外挑桁架的存在，刚性楼板假定会导致计算结果不准确，故在整体计算时，悬挑桁架层楼板均按照弹性楼板考虑。同时，对于悬挑楼层的楼板进行了舒适度的验算，楼盖竖向振动加速度不应大于《高钢规》3.5.7条的限值要求。

3 结构超限类别判定

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》建质[2015]67号文件附件1中所述内容[1]，对本工程的超限情况作如下判定：

高度是否超限判别：根据附件1中的表1(超限高层建筑工程高度超限判别)及《钢管混凝土结构技术规范》[2]，本工程地上结构总高度约136 m，未超过规范8度区钢框架—支撑结构最大高度180 m的规定，故建筑高度不超限。

不规则性是否超限判别：根据附件1中的表2～表4的内容，逐条对照检查，结构存在的超限情况如下：

1)偏心布置；

2)尺寸突变；

3)竖向构件不连续。

根据《审查要点》，本工程属于需进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查的项目。

4 结构弹性分析

4.1 计算方法

对于体型复杂、结构布置复杂的高层建筑,应至少采用两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算分析，本文采用两种空间结构计算软件(YJK和Midas Gen)进行结构分析计算。

4.2 结构周期

YJK和Midas Gen两种软件计算周期见表1，由表1中数据可以看出，YJK和Midas Gen两种软件计算的结构周期及周期比等数据结果基本一致。结构扭转为主的第一自振周期T3与平动为主的第一平动周期T1之比均小于0.85，且前两个周期的扭转成分均小于10%，满足规范要求。

4.3 整体结构振型

根据YJK和Midas Gen的分析，结构两个水平X,Y方向及竖向地震的振型质量参与系数均大于90%，满足规范要求。计算结果见表2，YJK计算得到的结构前6阶振型如图5所示。

4.4 结构层间位移角

多遇地震作用下，X向、Y向地震作用下全楼最大层间位移角所在的层均位于地上10层，X向为1/453(1/478)；Y向为1/451(1/473)。

注：括号内数值为Midas Gen计算结果。

结构两个方向的楼层层间最大位移均小于1/300，满足规范要求[3]。YJK和Midas Gen两种软件地上部分的计算结果及对比见图6。

表1 结构的周期及周期比

表2 振型质量参与系数 %

4.5 楼层侧向刚度比

按照《高钢规》3.3.10条[4]，对于框架—支撑结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比应按照式3.3.10-2计算，考虑层高修正的楼层侧向刚度比宜满足规范的要求。其中Ratx2,Raty2为X,Y方向本楼层侧移刚度与上一层相应楼层侧移刚度90%,110%或者150%比值。110%指当本层层高大于相邻上层层高1.5倍时、150%指嵌固层。

由计算结果可知，除22层接近规范限值外，其余楼层均满足规范关于层间刚度比的要求，由于0.97略小于1.0的限值，故在设计中对楼层水平地震力进行了放大1.15倍处理,结果见图7。

4.6 刚重比及基础抗倾覆验算

根据JGJ 99—2015第6.1.7条的规定[4]，结构的整体稳定性应满足式6.1.7-2的要求，其中，EJ为结构的弹性等效侧向刚度，近似按照倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算成竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度。YJK计算的X,Y方向的刚重比分别为3.42和3.41，满足《高钢规》6.1.7的整体稳定验算要求。

根据GB 50011—2010第4.2.4条[3]及JGJ 99—2015第3.4.6条[4]的要求，根据YJK计算数据主楼基础底面零应力区验算见表3，计算结果显示，在未考虑基础自重的有利影响下，基底均未出现零应力区。结构具有足够的抗倾覆安全度，整体抗倾覆验算满足设计的要求。

表3 整体抗倾覆验算结果

4.7 最大扭转位移比

YJK和Midas Gen在考虑偶然偏心影响的规定水平地震作用下，计算楼层竖向构件最大水平位移和楼层平均位移值的比值(扭转位移比)。其数值均小于1.2，满足规范的要求。

4.8 总结

通过以上重要指标的对比、分析，YJK与Midas Gen两种软件的计算结果基本一致，这说明计算结果合理有效，计算模型符合结构的实际工作状况。结构周期和自重适中，刚度比符合规范要求，位移小于规范的限值要求，构件截面取值合理，结构体系选择适当。

5 结语

本工程位于高烈度区，且为Ⅲ类场地土，地震作用明显，抗震要求高，在确定结构方案时，从经济性方面比较过混合结构，但混凝土墙断面太大，且从试算结果来看，抗震性能不理想。根据日本和美国规范，在高烈度区采用混合结构有非常严格的限制，所以本工程最终采用全钢结构体系。综合各阶段的计算分析，结构整体满足规范相应要求，说明采用钢框架—支撑结构体系方案完全可行。

[1] 建质[2015]67号,超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[Z].2015.

[2] GB 50936—2014,钢管混凝土结构技术规范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[4] JGJ 99—2015,高层民用建筑钢结构技术规程[S].