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摘要：文章主要从超高层钢筋砼结构体系场地土动力特性和设计地震参数为基点，详细论述钢筋砼结构设计的要点，并阐述结构分析主要结果。
关键词：钢筋砼；抗震；高烈度地区；场地卓越周期；塑性绞
随着我国经济的快速发展，城市土地越来越少，城市中的高层建筑越来越多。钢筋砼结构主要由于砼可就地取材且容纳大量劳力解决就业问题，因而在近30年来被业界广泛采用；而在超高层领域对结构选材有很多选项：可选纯钢结构、钢与钢筋砼组合结构、钢筋砼结构等。在目前施工技术条件下及在大震条件下材料利用可以达到比较高的应力状态，钢筋抗拉极限强度可达屈服强度的1.25倍，其值在300~400MPa之间、混凝土强度可达立方体强度的0.88倍，其值在20~45MPa之间。因而钢筋砼可作为超高层结构体系选材主要方向，超高层钢筋砼结构体系也常作为主要结构受力体系之一。但是超高层钢筋砼结构体系在高烈度的地震多发区的抗震也有需要特别考虑的问题。本文以海口市棕榈广场为例，就超高层钢筋砼结构体系在高烈度地区运用的一些问题展开探讨。
一、场地土动力特性和设计地震动参数
棕榈广场由A、B二座塔楼和四层裙房、A栋下三层地下室、B 栋下二层地下室及A、B栋之间一层地下室等组成。A楼建筑结构高度为150.45m，局部154.95m，地上部分35层，地面五层以下层高6.0m标准层高4.0m，属B级高层建筑。B楼建筑结构高度为148.45m，局部156.45m，地上部分35层，地面四层以下层高6.0m标准层高4.0m，属B级高层建筑。
棕榈广场场地土动力特性和设计地震动参数如下：
（一）场地土动力特性
1．场地卓越周期计算。
地面脉动的主要受风、海洋波浪、地形和城市交通等因素的影响，随机振动激发场区的振动谓之脉动。脉动与场地条件有着非常密切关系，由于土层是非单一土层，因此，在功率谱上往往反映出多个峰值，其最大的峰值对应的周期，即反映场地的卓越周期。在这里勘察单位要在施工现场选择三个测点，也就是地面、-10m和-18m（数据随着建筑物高度的不同有所差异）测量该位置的场地卓越周期。测量过程可以选用891型测振仪和923型井下多功能测振仪，数据采用现场记录或者无线传输的方式进行汇总。由于地面脉动式一种随机信号，单个数据并不能说明地面脉动的问题，一次可以采用一些具有统计技术特点的功率谱密度进行作谱分析，以得到一个比较客观的结果。经测量棕榈广场，自功率谱密度函数，由自谱得到地面周期为0.4秒，-10m处是0.53秒、-18m处是0.42秒，符合钢筋砼结构体系使用要求。
2．场地脉动加速度分布特征分析。由于地面加速度随着土层分布的不同，其变化的情况也不相同，但是总体上表现为随着深度的增加减弱，这一点在棕榈广场钢筋砼结构体系应用中尤为重要。为了详细了解棕榈广场地面、-10m和-18m处的地震反映差異，勘察单位通过脉动加速度测量贯彻其变化的情况，这些数据上的变化主要是为了更好地进行抗震设计，棕榈广场现场加速度测量结果如下：
（二）设计地震动参数
棕榈广场的A、B二座塔楼都是超过100m的超高建筑，而海南又处于高烈度地区，钢筋砼结构主要考虑其抗震的性能，设计抗震动参数的主要目的就是给出棕榈广场的场地地震反应谱，更好的对钢筋砼机构进行设计。在这里应该在地面、地下-9m、
-18m处，在近震、远震条件下记录人工波，结果见表2、表3：
表2场地平均加速度、速度、位移
二、钢筋砼结构设计要点
钢筋砼结构设计要点主要表现在地基与基础设计、建筑结构布置于选型、建筑超限情况的判断与抗震概念设计。
（一）地基与基础设计
地基与基础设计主要表现在两个方面，也就是基础抗浮设计，和基坑围护方案，A楼塔楼以外地下三层抗浮水头13m，砼折算厚度2.7m，有效水反力69.25 kN/m2；B楼塔楼以外地下二层抗浮水头13m，砼折算厚度2.0m，有效水反力55 kN/m2；地下一层抗浮水头4m，有效水反力10.5kN/m2。为平衡水浮力，根据不同部位分别采用以下措施：
A楼塔楼以外地下三层采用Φ100（锚杆Φ32钢筋）×3m锚杆抗浮，均布间距1.45m×1.45m，单根抗拔特征值Rt=150kN；
B楼塔楼以外地下二层采用Φ100（锚杆Φ32钢筋）×3m锚杆抗浮，均布间距1.65m×1.65m，单根抗拔特征值Rt=150kN；地下一层采用Φ1200人工挖孔桩（桩长8m）抗浮，抗拔力750 kN柱下布桩。
（二）建筑结构布置与选型
建筑结构布置与选型主要包含两个内容，也就是抗震缝及变形缝，从建筑物的位置来看，A楼和B楼地面部分是完全分开的，而地下部分则是连接在一起的，二从设计用处来看，两栋楼四楼以下是商业群房，这些与下面的底层建筑是连在一起的。因此可以在A楼宇B楼四层以上分别构建钢筋砼，四楼以下不设抗震缝。具体建筑结构布置与选型为A楼主体结构采用砼核心筒结构体系，位于十九层设有钢骨砼桁架加强层。框架梁尺寸700×800，边梁400×1000~1200，框架柱尺寸900×1900核心筒外壁厚500～800内壁厚200～250。 B楼主体结构采用钢筋砼框架—砼核心筒结构体系，位于十九层设有钢骨砼桁架加强层。框架梁尺寸700×800，边梁400×1000~1200，框架柱尺寸900×1900核心筒外壁厚500~900内壁厚200~250。裙房采用钢筋砼框架剪力墙体系，框架梁尺寸450×800，框架柱尺寸700x700，剪力墙厚400。 A、B楼楼盖都是用现浇钢筋砼楼盖体系技术。标准层楼板厚120，局部厚150；加强层楼板厚200，加强层上下层楼板、屋顶及空中花园楼板厚150。
（三）建筑超限情况的判别与抗震概念设计
建筑超限情况A楼建筑高宽比150.45/37.8=4.0，核心筒高宽比150.45/14.8=10.2；在平面布置上规则，在竖向布置上规则，结构高度为150.45超出B级高度限值10.45/140=7.5％。B楼建筑高宽比148.45/37.8=3.9，核心筒高宽比148.45/14.8=10.0；在平面布置上规则，在竖向布置上规则P，结构高度为148.45超出B级高度限值8.45/140=6.0％。塔楼结构与底盘质心距离与底盘相应长边之比=41.4/130.5=31.7%>20%。抗震概念设计有明确的计算简图，合理的地震传递途径；力避因个别或部分构件破坏而导致整个体系承载力丧失；设计有良好变形能力的和耗能能力的结构体系，布置砼核心筒和砼框架组成的二道抗震防线。
三、结构分析主要结果
1．多遇地震作用下结构弹性时程反应分析主要计算结果
多遇地震作用下结构弹性时程分析分别采用SATWE和ETABS程序，其主要计算结果见表4：
2．EPDA&EPSA法动、静弹塑性地震反应分析主要计算结果
动、静力弹塑性地震反应分析采用EPDA&EPSA程序，计算初始条件见表5：
表5弹塑性动力时程地震反应分析初始条件
计算参数
在罕遇地震作用下考察A、B栋塑性铰在空间和时间出现的顺序上和部位有基本相似的规律，X、Y方向在地震作用初期，十九以上有零星梁端出现塑性铰，随侧推力加大，在十九层核心筒墙体出现塑性铰，并呈现向上蔓延的趋势，同时十九层上下边框梁端出现部分塑性铰，当达到顶点最大位移时，核心筒根部出现塑性铰并往上层延伸，此时框架边梁塑性铰较发育，但柱自始至终未出现塑性铰。结构承载能力得到充分释放。
图4塑性绞图
从以上分析的结果来看在高烈度地区布置加强层必须认真考虑由于刚度突变而引起的塑性绞先于结构底部区的问题。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：钢筋砼；抗震；高烈度地区；场地卓越周期；塑性绞
随着我国经济的快速发展，城市土地越来越少，城市中的高层建筑越来越多。钢筋砼结构主要由于砼可就地取材且容纳大量劳力解决就业问题，因而在近30年来被业界广泛采用；而在超高层领域对结构选材有很多选项：可选纯钢结构、钢与钢筋砼组合结构、钢筋砼结构等。在目前施工技术条件下及在大震条件下材料利用可以达到比较高的应力状态，钢筋抗拉极限强度可达屈服强度的1.25倍，其值在300~400MPa之间、混凝土强度可达立方体强度的0.88倍，其值在20~45MPa之间。因而钢筋砼可作为超高层结构体系选材主要方向，超高层钢筋砼结构体系也常作为主要结构受力体系之一。但是超高层钢筋砼结构体系在高烈度的地震多发区的抗震也有需要特别考虑的问题。本文以海口市棕榈广场为例，就超高层钢筋砼结构体系在高烈度地区运用的一些问题展开探讨。
一、场地土动力特性和设计地震动参数
棕榈广场由A、B二座塔楼和四层裙房、A栋下三层地下室、B 栋下二层地下室及A、B栋之间一层地下室等组成。A楼建筑结构高度为150.45m，局部154.95m，地上部分35层，地面五层以下层高6.0m标准层高4.0m，属B级高层建筑。B楼建筑结构高度为148.45m，局部156.45m，地上部分35层，地面四层以下层高6.0m标准层高4.0m，属B级高层建筑。
棕榈广场场地土动力特性和设计地震动参数如下：
（一）场地土动力特性
1．场地卓越周期计算。
地面脉动的主要受风、海洋波浪、地形和城市交通等因素的影响，随机振动激发场区的振动谓之脉动。脉动与场地条件有着非常密切关系，由于土层是非单一土层，因此，在功率谱上往往反映出多个峰值，其最大的峰值对应的周期，即反映场地的卓越周期。在这里勘察单位要在施工现场选择三个测点，也就是地面、-10m和-18m（数据随着建筑物高度的不同有所差异）测量该位置的场地卓越周期。测量过程可以选用891型测振仪和923型井下多功能测振仪，数据采用现场记录或者无线传输的方式进行汇总。由于地面脉动式一种随机信号，单个数据并不能说明地面脉动的问题，一次可以采用一些具有统计技术特点的功率谱密度进行作谱分析，以得到一个比较客观的结果。经测量棕榈广场，自功率谱密度函数，由自谱得到地面周期为0.4秒，-10m处是0.53秒、-18m处是0.42秒，符合钢筋砼结构体系使用要求。
2．场地脉动加速度分布特征分析。由于地面加速度随着土层分布的不同，其变化的情况也不相同，但是总体上表现为随着深度的增加减弱，这一点在棕榈广场钢筋砼结构体系应用中尤为重要。为了详细了解棕榈广场地面、-10m和-18m处的地震反映差異，勘察单位通过脉动加速度测量贯彻其变化的情况，这些数据上的变化主要是为了更好地进行抗震设计，棕榈广场现场加速度测量结果如下：
（二）设计地震动参数
棕榈广场的A、B二座塔楼都是超过100m的超高建筑，而海南又处于高烈度地区，钢筋砼结构主要考虑其抗震的性能，设计抗震动参数的主要目的就是给出棕榈广场的场地地震反应谱，更好的对钢筋砼机构进行设计。在这里应该在地面、地下-9m、
-18m处，在近震、远震条件下记录人工波，结果见表2、表3：
表2场地平均加速度、速度、位移
二、钢筋砼结构设计要点
钢筋砼结构设计要点主要表现在地基与基础设计、建筑结构布置于选型、建筑超限情况的判断与抗震概念设计。
（一）地基与基础设计
地基与基础设计主要表现在两个方面，也就是基础抗浮设计，和基坑围护方案，A楼塔楼以外地下三层抗浮水头13m，砼折算厚度2.7m，有效水反力69.25 kN/m2；B楼塔楼以外地下二层抗浮水头13m，砼折算厚度2.0m，有效水反力55 kN/m2；地下一层抗浮水头4m，有效水反力10.5kN/m2。为平衡水浮力，根据不同部位分别采用以下措施：
A楼塔楼以外地下三层采用Φ100（锚杆Φ32钢筋）×3m锚杆抗浮，均布间距1.45m×1.45m，单根抗拔特征值Rt=150kN；
B楼塔楼以外地下二层采用Φ100（锚杆Φ32钢筋）×3m锚杆抗浮，均布间距1.65m×1.65m，单根抗拔特征值Rt=150kN；地下一层采用Φ1200人工挖孔桩（桩长8m）抗浮，抗拔力750 kN柱下布桩。
（二）建筑结构布置与选型
建筑结构布置与选型主要包含两个内容，也就是抗震缝及变形缝，从建筑物的位置来看，A楼和B楼地面部分是完全分开的，而地下部分则是连接在一起的，二从设计用处来看，两栋楼四楼以下是商业群房，这些与下面的底层建筑是连在一起的。因此可以在A楼宇B楼四层以上分别构建钢筋砼，四楼以下不设抗震缝。具体建筑结构布置与选型为A楼主体结构采用砼核心筒结构体系，位于十九层设有钢骨砼桁架加强层。框架梁尺寸700×800，边梁400×1000~1200，框架柱尺寸900×1900核心筒外壁厚500～800内壁厚200～250。 B楼主体结构采用钢筋砼框架—砼核心筒结构体系，位于十九层设有钢骨砼桁架加强层。框架梁尺寸700×800，边梁400×1000~1200，框架柱尺寸900×1900核心筒外壁厚500~900内壁厚200~250。裙房采用钢筋砼框架剪力墙体系，框架梁尺寸450×800，框架柱尺寸700x700，剪力墙厚400。 A、B楼楼盖都是用现浇钢筋砼楼盖体系技术。标准层楼板厚120，局部厚150；加强层楼板厚200，加强层上下层楼板、屋顶及空中花园楼板厚150。
（三）建筑超限情况的判别与抗震概念设计
建筑超限情况A楼建筑高宽比150.45/37.8=4.0，核心筒高宽比150.45/14.8=10.2；在平面布置上规则，在竖向布置上规则，结构高度为150.45超出B级高度限值10.45/140=7.5％。B楼建筑高宽比148.45/37.8=3.9，核心筒高宽比148.45/14.8=10.0；在平面布置上规则，在竖向布置上规则P，结构高度为148.45超出B级高度限值8.45/140=6.0％。塔楼结构与底盘质心距离与底盘相应长边之比=41.4/130.5=31.7%>20%。抗震概念设计有明确的计算简图，合理的地震传递途径；力避因个别或部分构件破坏而导致整个体系承载力丧失；设计有良好变形能力的和耗能能力的结构体系，布置砼核心筒和砼框架组成的二道抗震防线。
三、结构分析主要结果
1．多遇地震作用下结构弹性时程反应分析主要计算结果
多遇地震作用下结构弹性时程分析分别采用SATWE和ETABS程序，其主要计算结果见表4：
2．EPDA&EPSA法动、静弹塑性地震反应分析主要计算结果
动、静力弹塑性地震反应分析采用EPDA&EPSA程序，计算初始条件见表5：
表5弹塑性动力时程地震反应分析初始条件
计算参数
在罕遇地震作用下考察A、B栋塑性铰在空间和时间出现的顺序上和部位有基本相似的规律，X、Y方向在地震作用初期，十九以上有零星梁端出现塑性铰，随侧推力加大，在十九层核心筒墙体出现塑性铰，并呈现向上蔓延的趋势，同时十九层上下边框梁端出现部分塑性铰，当达到顶点最大位移时，核心筒根部出现塑性铰并往上层延伸，此时框架边梁塑性铰较发育，但柱自始至终未出现塑性铰。结构承载能力得到充分释放。
图4塑性绞图
从以上分析的结果来看在高烈度地区布置加强层必须认真考虑由于刚度突变而引起的塑性绞先于结构底部区的问题。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。