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[摘要] 蔚蓝商务港城市广场D栋为超限高层建筑，按新规范要求进行了性能化抗震设计。根据工程情况，选用了合适的性能目标，选取了最不利地震波进行时程分析，对结构的薄弱部位采取了加强措施。分析结果表明，本工程结构抗震设计可满足抗震性能目标及规范要求。
[关键词] 超限高层建筑；性能化抗震设计；性能目标；地震波
1. 工程概况
本项目为合肥富通商务地产有限公司兴建的蔚蓝商务港城市广场D栋，位于安徽省合肥市政务文化区中部，潜山路与天鹅湖路交叉口东南角，地上25层商务写字楼地下2层停车场和设备用房。
场地位置属7度0.10g地震区，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为标准设防类（丙类）。主屋面高度139米，地下室深度9.5米，采取框架-核心筒结构体系，外框架柱采用型钢混凝土柱，核心筒采用钢筋混凝土剪力墙，楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板体系。
框架柱与核心筒外墙厚度由下往上逐渐减小，框架柱由1100×800减为600×600，墙厚度由500减为300，底层墙柱混凝土强度等级C60，到上部逐渐减为C30，框架柱内型钢采用Q345，伸至20层，以上为普通钢筋混凝土柱。
标准层层高5.6米，2.9米处有一夹层，如图1、图2所示。
2. 不规则情况
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(2010)，本工程有以下几项超限。
1. 7度区混凝土结构框架-核心筒高度超出130米。
2. 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2。
3. 楼板开洞面积大于30%。
4. 局部有穿层柱，个别构件转换。
需要申报超限专项审查。
3. 性能目标
本工程高度高，规模大，结构破坏后损失较大，需适当提高关键部位的抗震能力，达到比“小震不坏，中震可修，大震不倒”更高的抗震性能目标。
核心筒是第一道防线，为主要耗能构件，需适当提高抗震性能。
框架柱由于楼板开洞较多，形成穿层柱，长短柱共同受力，对抗震不利，也需适当提高抗震性能。
综合考虑，对所有竖向及转换构件选定《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）“性能3”并稍加提高进行设计，其余部分按常规设计。
小震下：按常规设计，要求各构件完好，无损坏。承载力按设计值复核。层间位移小于1/800。
中震下：竖向构件轻微损坏；框支柱、转换梁完好无损坏；框架梁、连梁轻度损坏，部分中度损坏。承载力按标准值复核。层间位移小于2倍弹性位移限值(1/400)。
大震下：竖向构件部分构件中度损坏；框支柱、转换梁轻度损坏；框架梁、连梁中度损坏，部分比较严重损坏。承载力按极限值复核。层间位移小于4倍弹性位移限值(1/200)。
为适当提高安全度，延性构造不降低，仍按常规设计。
承载力设计预期性能目标见下表：
4. 设计方法
小震下采用振型分解反应谱法计算，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.1.2.3规定，采用弹性时程分析法进行补充计算，计算软件采用PKPM-SATWE为主，Midas Building进行复核。
中震下采用振型分解反应谱法计算，计算软件采用PKPM-SATWE。
大震下采用弹塑性时程分析法计算，计算软件采用PKPM-EPDA。
5. 地震波的选择
根据《建筑工程抗震性态设计通则（试用）》（CECS160：2004）第4.3.2条，可按照场地类别和结构主周期，在附录E中选取天然地震波，这些地震波是在国内外大量强震记录资料和相关研究的基础上，综合评定出的最不利地震波，设计时选用可以得到比较理想的结果，本工程选取其中F4、F5两组天然地震波，一组人工地震波RH1，取自PKPM-EPDA内带的备选地震波库。
按照《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第5.1.2.3条的要求，三组地震波的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80％，本工程的数据见下表：
6. 计算结果及分析
小震、中震下的计算结果均符合性能目标及规范要求，此处略去。
大震下采用弹塑性时程分析法计算，不考虑竖向地震作用。选3条地震波，取计算结果包络值。
首先将弹塑性计算结果与大震下一直保持弹性的计算结果进行对比，判断结果是否合理。
总剪力
最大层间位移角：
由以上对比可见，弹塑性分析时总剪力低于弹性结果，最大层间位移角大于弹性结果，计算结果正常。
判断建筑在大震时是否安全，最主要的指标是建筑物的位移大小，其计算结果如下。
本工程最大层间位移X向1/262，位于第26层，Y向1/327，位于第20层，满足性能目标“层间位移小于4倍彈性位移限值(1/200)”的要求。
如果小震下弹性时程分析法得出的层间位移值小于反应谱法的计算结果，则大震下弹塑性时程分析法的层间位移也可能会偏小，此时应找出同一波形在大震下弹塑性时程分析法与小震下弹性时程分析法的层间位移放大倍数，乘以反应谱法小震弹性位移，与性能目标的层间位移限值(1/200)对比。
从有害层间位移图可见，第1、6层为薄弱层，需适当加强。
进行大震下弹塑性时程分析的主要目的是明确大震时建筑的破坏情形，找出可能破坏的部位及其弹塑性变形程度，提出相应的加强措施。本工程X向主要剖面的梁柱塑性铰、剪力墙裂缝出现顺序和位置如下，Y方向的情况与X向类似。
破坏部位，需适当加强。
经验算，本工程在大震下框支柱、转换梁的承载力设计预期性能目标也可满足。
7. 结论和加强措施
以上计算分析表明，在大震下结构可满足抗震性能目标。
为进一步提高结构的抗震能力，对薄弱部位采取以下加强措施：
1. 底部加强部位提高至8层。
2. 对薄弱层，第1、6层，按层间地震剪力值放大1.15倍进行构件承载力验算。
8. 结语
本工程按新规范要求进行了性能化设计，现已通过超限高层建筑工程抗震设防专项审查，正在进行施工，本设计实例可供类似工程设计人员参考。
注：文章内所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
[关键词] 超限高层建筑；性能化抗震设计；性能目标；地震波
1. 工程概况
本项目为合肥富通商务地产有限公司兴建的蔚蓝商务港城市广场D栋，位于安徽省合肥市政务文化区中部，潜山路与天鹅湖路交叉口东南角，地上25层商务写字楼地下2层停车场和设备用房。
场地位置属7度0.10g地震区，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为标准设防类（丙类）。主屋面高度139米，地下室深度9.5米，采取框架-核心筒结构体系，外框架柱采用型钢混凝土柱，核心筒采用钢筋混凝土剪力墙，楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板体系。
框架柱与核心筒外墙厚度由下往上逐渐减小，框架柱由1100×800减为600×600，墙厚度由500减为300，底层墙柱混凝土强度等级C60，到上部逐渐减为C30，框架柱内型钢采用Q345，伸至20层，以上为普通钢筋混凝土柱。
标准层层高5.6米，2.9米处有一夹层，如图1、图2所示。
2. 不规则情况
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(2010)，本工程有以下几项超限。
1. 7度区混凝土结构框架-核心筒高度超出130米。
2. 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2。
3. 楼板开洞面积大于30%。
4. 局部有穿层柱，个别构件转换。
需要申报超限专项审查。
3. 性能目标
本工程高度高，规模大，结构破坏后损失较大，需适当提高关键部位的抗震能力，达到比“小震不坏，中震可修，大震不倒”更高的抗震性能目标。
核心筒是第一道防线，为主要耗能构件，需适当提高抗震性能。
框架柱由于楼板开洞较多，形成穿层柱，长短柱共同受力，对抗震不利，也需适当提高抗震性能。
综合考虑，对所有竖向及转换构件选定《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）“性能3”并稍加提高进行设计，其余部分按常规设计。
小震下：按常规设计，要求各构件完好，无损坏。承载力按设计值复核。层间位移小于1/800。
中震下：竖向构件轻微损坏；框支柱、转换梁完好无损坏；框架梁、连梁轻度损坏，部分中度损坏。承载力按标准值复核。层间位移小于2倍弹性位移限值(1/400)。
大震下：竖向构件部分构件中度损坏；框支柱、转换梁轻度损坏；框架梁、连梁中度损坏，部分比较严重损坏。承载力按极限值复核。层间位移小于4倍弹性位移限值(1/200)。
为适当提高安全度，延性构造不降低，仍按常规设计。
承载力设计预期性能目标见下表：
4. 设计方法
小震下采用振型分解反应谱法计算，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.1.2.3规定，采用弹性时程分析法进行补充计算，计算软件采用PKPM-SATWE为主，Midas Building进行复核。
中震下采用振型分解反应谱法计算，计算软件采用PKPM-SATWE。
大震下采用弹塑性时程分析法计算，计算软件采用PKPM-EPDA。
5. 地震波的选择
根据《建筑工程抗震性态设计通则（试用）》（CECS160：2004）第4.3.2条，可按照场地类别和结构主周期，在附录E中选取天然地震波，这些地震波是在国内外大量强震记录资料和相关研究的基础上，综合评定出的最不利地震波，设计时选用可以得到比较理想的结果，本工程选取其中F4、F5两组天然地震波，一组人工地震波RH1，取自PKPM-EPDA内带的备选地震波库。
按照《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第5.1.2.3条的要求，三组地震波的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80％，本工程的数据见下表：
6. 计算结果及分析
小震、中震下的计算结果均符合性能目标及规范要求，此处略去。
大震下采用弹塑性时程分析法计算，不考虑竖向地震作用。选3条地震波，取计算结果包络值。
首先将弹塑性计算结果与大震下一直保持弹性的计算结果进行对比，判断结果是否合理。
总剪力
最大层间位移角：
由以上对比可见，弹塑性分析时总剪力低于弹性结果，最大层间位移角大于弹性结果，计算结果正常。
判断建筑在大震时是否安全，最主要的指标是建筑物的位移大小，其计算结果如下。
本工程最大层间位移X向1/262，位于第26层，Y向1/327，位于第20层，满足性能目标“层间位移小于4倍彈性位移限值(1/200)”的要求。
如果小震下弹性时程分析法得出的层间位移值小于反应谱法的计算结果，则大震下弹塑性时程分析法的层间位移也可能会偏小，此时应找出同一波形在大震下弹塑性时程分析法与小震下弹性时程分析法的层间位移放大倍数，乘以反应谱法小震弹性位移，与性能目标的层间位移限值(1/200)对比。
从有害层间位移图可见，第1、6层为薄弱层，需适当加强。
进行大震下弹塑性时程分析的主要目的是明确大震时建筑的破坏情形，找出可能破坏的部位及其弹塑性变形程度，提出相应的加强措施。本工程X向主要剖面的梁柱塑性铰、剪力墙裂缝出现顺序和位置如下，Y方向的情况与X向类似。
破坏部位，需适当加强。
经验算，本工程在大震下框支柱、转换梁的承载力设计预期性能目标也可满足。
7. 结论和加强措施
以上计算分析表明，在大震下结构可满足抗震性能目标。
为进一步提高结构的抗震能力，对薄弱部位采取以下加强措施：
1. 底部加强部位提高至8层。
2. 对薄弱层，第1、6层，按层间地震剪力值放大1.15倍进行构件承载力验算。
8. 结语
本工程按新规范要求进行了性能化设计，现已通过超限高层建筑工程抗震设防专项审查，正在进行施工，本设计实例可供类似工程设计人员参考。
注：文章内所涉及的公式和图表请用PDF格式打开