周建松 李晓光 崔延卫 李建新 吴述明
1．工程概况
建业•天筑项目位于郑州市郑东新区东风南路与榆林南路交叉口西南角，由五栋37层住宅楼、3栋31层住宅楼，2栋20层住宅楼及部分临街商业和2层的地下车库组成，其中11#楼为37层住宅楼，由3个建筑单元组成，建筑物总长86.1m，总宽度21.2m，大屋面高度118.1m，地下2层，地下二层层高3.9m、地下一层层高6.1m，地上37层，一层大堂，层高6.2m，其余地上各层层高均为3.1m。±0.000以上三个建筑单元之间设抗震缝，±0.000以下连成一体。 剖面图见图1。
本工程主体结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。
抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.15g），设计地震分组为第二组，建筑场地类别为III类，特征周期0.55s，按照8度采取抗震构造措施。主楼抗震等级为二级，抗震构造措施为一级。
基本风压取0.45kN/ m2（承载力设计时取0.5 kN/m2），地面粗糙度类别为C类，基本雪压为0.40kN/m2。
2．结构选型
2.1 结构体系
本楼的结构布置，既要保证整个建筑具有一定的刚度，又要保证住房面积的有效使用，结构设计采用了优于其他结构体系的全现浇剪力墙结构体系，竖向抗侧力构件上下连续贯通，在剪力墙布置上，不仅在楼梯、电梯等处形成刚度很大的“内筒”，在卧室、客厅、厨房的剪力墙也围合成了“外筒”，使整个结构形成一个类似于“筒中筒”的抗侧力体系，这样既能满足建筑功能的要求，又使整个建筑物具备足够刚度。标准层平面图见图2。超高层建筑减轻自重的效果比多层建筑更显著。自重增大,地震作用即增大,从而使地震作用引起的倾覆力矩增大,竖向构件附加轴力增大,从而造成抗侧力构件的截面、配筋增大。另外，房屋自重加大会引起基底压力增加，基础造价相应增大，因此满足结构刚度需要和墙身稳定性的前提下，尽量拉大墙肢长度，增大截面惯性矩，减小剪力墙厚度，减轻房屋自重，既能提高结构抗震能力，也可产生良好的经济效益。
本楼剪力墙厚度剪力墙厚度及混凝土强度等级见表1。
表1 剪力墙厚度及混凝土强度等级
楼 层
-2～1
2～6
7～11
12～17
18～23
24以上
主要墙厚
400/350
350/300
350/250
250/200
250/200
250/200
混凝土等级
C40
C40
C40
C40
C35
C30
墙厚根据刚度均匀渐变的原则从下到上逐渐减小，依据轴压比来确定混凝土强度等级。地下一层及一层层高较高，墙厚取400/350厚，墙身稳定性及轴压比满足规范要求。一层层高为二层层高的2倍，SATWE分析结果显示一层侧移刚度与二层侧移刚度的110%比值：X向为1.042，Y向为1.278，满足高规第3.5.2条要求。
2.2 结构超限分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)，针对本工程进行超限分析如表2。
表2 超限分析
规范要求
结构实际情况
结论
结构类型
全部落地剪力墙
全部落地剪力墙
结构总高度
A级高度
满足要求
平 面 规 则 性
扭 转
最大位移比
不宜大于1.2
1.18
满足要求
Tt/T1
不应大于0.9
0.56
满足要求
凹 凸
楼板凹入或开洞尺寸
凹进一侧小于总尺寸35%
凸出21%
满足要求
开洞面积
≤30%总面积
10%
满足要求
任一方向楼板最小宽度
≥
-
满足要求
每一边楼板最小净跨
≥
-
满足要求
竖向
规则性
侧向刚度
高规第
≥90%
满足要求
竖向抗侧力构件连续性
连续
连续
满足要求
楼层承载力突变性
≥80%相邻上一楼层
≥80%
满足要求
从上表分析可知本工程不属于超限高层建筑。
3．结构计算
3.1 多遇地震作用下的弹性分析
整体结构分别采用SATWE( 2010版)和盈建科(2012版)软件进行三维空间结构有限元整体计算比较，多遇地震作用下采用振型分解反应谱法计算的结果如表3和表4：
表3 结构自振周期
阵型
SATWE
盈建科（YJK）
周期
X向平动
Y向平动
扭转系数
周期
X向平动
Y向平动
扭转系数
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 层间位移角
荷载工况
SATWE
盈建科（YJK）
规范限值
X向
Y向
X向
Y向
地震
1/1108(第 22层)
1/1088.(第 30层)
1/1060.(第 21层)
1/1052(第 30层)
1/1000
风
1/3461.(第 18层)
1/2096.(第 27层)
1/3222.(第 18层)
1/2000(第 27层)
1/1000
从上表可看出地震起控制作用，且均满足规范要求。
3.2 弹性动力时程分析补充验算
地震波选用中国建筑科学研究院工程抗震研究所提供的两条人工波RH1TG055、RH2TG055及五条天然波TH1TG055、TH3TG055、TH4TG055、Courthouse、Elcentro NS。时程分析时输入地震加速度的最大值为55cm/s2,时间间距0.02s，地震波的持续时间均大于结构基本自振周期的5倍。波形图如图3，计算结果见图4。
由图4可见，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。综合时程分析和反应谱结果可看到，时程法计算结果的平均值比振型分解反应谱法计算结果要小，故结构地震作用效应取振型分解反应谱法计算的结果。
3.3 稳定性及舒适度验算
本楼高宽比为7.4，X向刚重比EJd/GH2=4.67，Y向刚重比 EJd/ GH2=4.71，该结构刚重比大于1.4，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验，且该结构刚重比大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。
房屋高度为118.1m，未超过规范规定的150m，故可不进行舒适度验算。
4．结论
（1）超高层结构设计应根据建筑本身的特点采用合适的结构体系、进行合理的结构平面布置，保证结构自身具有良好的抗震性能。在设计时不但要考虑结构设计的合理性, 而且还要考虑到建筑的适用功能，进而满足建筑的安全性、适用性和耐久性的要求。
（2）加大结构平面的有效宽度，充分利用剪力墙竖向承载力。剪力墙宜布置在结构的周边位置，必要时可利用窗台位置设置高连梁以加强抗侧刚度，以有利于发挥剪力墙的整体刚度。若不影响使用功能，还可将剪力墙延伸至阳台外边缘，以减小高宽比较大的不利影响。
（3）超高层结构中的剪力墙尽可能设置均匀的长墙（应小于8ｍ），尽量少设置短肢墙、独立墙肢。平面布置时墙尽量对齐，通过连梁或框架梁连成整体，形成贯通整个建筑物结构宽度或长度的多肢墙抗侧力结构体系。
（4）地震效应与建筑的重量成正比, 减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。
(作者单位：河南省建筑设计研究院有限公司)