临沂华润中心位于山东省临沂市。总建筑面积约25.1万m², 其中地上约16.4万m², 地下约8.7万m²。本工程包括2栋超高层塔楼 (A#办公楼, B#公寓楼) 和商业裙房 (5层) ^[1]。总平面图如图1所示。整个项目的嵌固端取在车库顶板。各部分平面尺寸 (长×宽) 为:裙房尺寸88m×94m;A#楼37.3m×53.5m (核心筒尺寸26.9m×13.6m) ;B#楼29.4m×37.4m。

　　 A#楼结构体系为框架-核心筒, 地下2层, 裙房5层, 裙房上部38层, 结构主要屋面高度172.20m, 局部机房层屋面高度为178.95m, 超过8度抗震设防烈度B级最大适用高度140m。A#楼高宽比为4.6, 核心筒长宽比1.9>1.5, 体型狭长。

　　 B#楼结构体系为框架-剪力墙, 地下2层, 裙房5层, 裙房上部27层, 主要屋面高度124.0m, 超过8度抗震设防烈度B级最大适用高度120m。A#, B#楼整体效果图如图2所示。

　　 场区抗震设防烈度为8度, 设计基本地震加速度为0.20g, 地震设计分组为第一组, 场地土类别为Ⅱ类, 特征周期值为0.40s, 属抗震一般地段。50年重现期基本风压为w₀=0.40kPa, 地面粗糙度类别为C类, 本工程地震作用效应远大于风荷载效应, 其对工程的整体计算指标起控制作用。

　　 高烈度区大底盘双塔楼采用不同受力结构体系, 其裙房范围典型结构布置如图3所示。楼层开大洞处连接楼板厚250mm, 梁内设置型钢作为加强。A#楼为带有加强层的框架-核心筒结构体系, 仅在6, 19, 32层 (避难层) 设置0.9m×1.5m框架梁作为加强, 避难层层高4.8m, 框架梁对建筑使用功能无影响。A#楼设计之初, 建筑分隔墙多, 且为200mm厚砌体填充墙, 荷载大, 为高烈度区超B级高度塔楼不利因素。为满足结构计算参数的要求, 将核心筒墙厚增加至2.0m, 层间位移角参数仍不理想, 通过对比墙厚变化导致层间位移角变化的数据, 得出高烈度区建筑物越重, 地震作用越大, 参数越不理想。于是采取逆向思维, 减少塔楼自身总量。塔楼内隔墙改为轻钢龙骨隔墙, 核心筒剪力墙墙厚减薄, 刚度减小, 荷载减小, 经计算, 塔楼各项参数满足规范要求。

　　 经大量模型计算后, A#楼构件截面如下:外框柱截面从底到顶由1.8m×1.5m递减为1.0m×1.0m (地下2层～地上19层内置型钢) , 边框梁截面为1.0m×0.85m, 内框梁截面为1.0m×0.7m, 核心筒外圈剪力墙厚度从底到顶由1.3m递减为0.8m (地下1层～地上6层内置型钢) , 主楼标准层布置见图4 (a) 。

　　 B#楼为高烈度区超A级高度建筑, 其建筑功能为公寓, 优先考虑采用剪力墙结构, 剪力墙布置如图5所示, 墙厚为800mm, X向层间位移角为1/970, Y向层间位移角为1/850, 不满足规范1/1 000的限值要求, 且该剪力墙的布置严重影响了公寓的使用功能, 综合考虑, 改为框架-剪力墙结构体系。

　　 B#楼构件截面如下:外框柱截面从底到顶由1.8m×1.5m递减为0.9m×1.4m (地下2层～地上19层内置型钢) , 边框梁截面为0.7m×0.8m, 内框梁截面为0.5m×0.65m, 核心筒外圈剪力墙厚度从底到顶由0.6m递减为0.4m (地下1层～地上6层内置型钢) , 框支柱截面为1.8m×1.6m, 1.5m×1.6m, 框支梁截面为1.5m×2.2m, 1.5m×2.7m (内置型钢) , 主楼标准层布置见图4 (b) 。

　　 根据《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) ^[2] (简称抗规) 、《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) ^[3] (简称高规) 和《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) ^[4]有关规定, 结构超限情况如下:1) 复杂高层建筑, B#楼剪力墙在5层顶局部转换且存在错层, 同时为大底盘多塔楼建筑;2) 扭转不规则, 最大扭转位移比大于1.2但小于1.4, 扭转周期比均小于0.90;3) 楼板局部不连续, 中庭开洞, 部分楼层有效宽度小于50%;4) 高度超限。

　　 综上, 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) ^[4], 应进行超限审查。

　　 针对本工程的超限项目, 采取了性能化抗震设计措施。结构抗震性能目标按照高规第3.11节规定执行。本工程地处8度区, 根据建筑高度和体型, 设定结构抗震性能目标为C级, 结构各关键部位构件性能目标如表1所示。作为超限加强措施, 框支柱、框支梁、剪力墙 (底部加强区) 作为关键构件, 其抗震性能目标提高到中震弹性, 大震抗弯不屈服、抗剪弹性, 已达到性能目标B级的要求。

　　 按照高规第3.9.1条、3.9.3条和3.9.5条规定, 抗震设防烈度为8度, 确定本工程各部分结构的抗震等级, 见表2。

　　 对本工程分别进行了A#, B#楼弹性时程分析和小震、中震、大震计算及裙房楼板拉应力计算。并在对各单塔楼进行上述分析的基础上增加了静力弹塑性分析、动力弹塑性分析计算。

　　 弹性分析选用YJK软件和MIDAS Building软件, 考虑偶然偏心地震作用、双向地震作用、扭转耦联以及施工模拟加载的影响。在多塔计算的基础上, 辅以单塔模型进行振动形态和地震作用等的校核对比。首先单独计算不带裙房的单塔模型, 控制各项整体指标满足规范要求, 确保塔楼方案成立;然后拼装双塔模型并计算, 控制双塔模型的整体指标满足规范要求;最后以分塔带裙房的模型对多塔模型的振动形态和内力进行校核对比。

　　 根据计算结果 (表3) , 结合规范要求及结构抗震概念设计理论, 结构周期及位移比满足规范要求, 剪重比适中, 构件截面取值合理, 结构体系选择恰当。A#楼单塔模型基底剪力V_x=46 145kN, V_y=46 183kN, 多塔模型基底剪力V_x=45 320kN, V_y=46 071kN;B#楼单塔模型基底剪力V_x=23 648kN, V_y=20 670kN, 多塔模型基底剪力V_x=22 155kN, V_y=21 008kN, 对比单塔模型和多塔模型计算结果, 单塔计算得出的塔楼基底剪力与多塔计算结果相当。因此, 以多塔模型为基本模型进行整体指标控制和构件设计, 以单塔模型作为辅助模型包络设计。

　　 按地震波选取三要素 (频谱特性、有效峰值和持续时间) , 选取Ⅱ类场地上两组实际强震记录 (Coalinga-01波、Chi-Chi, Taiwan-05波) 和一组人工波进行弹性时程分析。在时程分析中, 主方向与次方向的峰值加速度的比值为1.00∶0.85。弹性时程分析结论:1) 时程分析得出的塔楼基底剪力平均值不小于振型分解反应谱法结果的80%, 每条地震波基底剪力不小于振型分解反应谱法 (CQC法) 结果的65%, 所选地震波满足规范要求;2) 时程分析得出的塔楼基底总剪力与CQC法计算值相当, 地震波的楼层剪力包络值在顶部楼层大于CQC法计算值, 出现鞭梢效应, 将楼层剪力进行放大, 放大系数介于1.0～1.25之间;3) A#楼层间位移角曲线 (图6) 在避难层处因框架加强局部存在突变。

　　 按照设定的性能目标, 需要对中震作用下关键构件的承载力进行复核。中震作用下的构件强度复核采用YJK软件。按中震弹性计算得出的构件组合内力略大于构件在小震下的组合内力。按中震弹性计算得出的配筋也略大于小震组合。因此, 将设定了中震弹性性能目标的构件, 适当提高其在小震组合强度设计上的构件配筋, 即可满足中震弹性的要求。

　　 采用PKPM SAUSAGE软件对结构进行大震动力弹塑性时程分析, 对性能目标进行复核, 并进行关键构件的承载力计算和性能目标的复核, 确定其达到本文2.3节设定的构件性能目标。大震作用下的构件强度复核采用YJK软件进行等效弹性计算。

　　 大震作用下, A#楼X向基底总剪力为548 251kN, 剪重比为19.65%, 为小震剪重比的5.46倍;Y向基底总剪力为552 412kN, 剪重比为19.80%, 为小震剪重比的5.30倍;X, Y向最大层间位移角分别为1/123, 1/162, 均远小于规范限值1/100。B#楼X向基底总剪力为380 005kN, 剪重比为18.21%, 为小震剪重比的5.50倍;Y向基底总剪力为410 005kN, 剪重比为19.83%, 为小震剪重比的6.10倍;X, Y向最大层间位移角分别为1/178, 1/189, 均远小于规范限值1/100。塔楼底部加强区剪力墙和框架柱的计算配筋均在可实施范围, 可以实现大震不屈服的性能目标。设定了大震不屈服性能目标的构件, 均应按大震不屈服进行强度复核。

　　 针对超限情况及设计中的关键技术问题, 在设计中采取了相应的加强措施:1) 部分构件抗震等级提高到特一级 (表2) , 并按中震弹性、大震不屈服进行设计;2) 增大连接塔楼的关键楼板厚度, 并提高配筋;3) 剪力墙底部加强区高度提高到裙房上两层;4) 底部加强区墙身水平和竖向分布筋最小配筋率为0.35%;约束边缘构件竖向分布筋最小配筋率为1.2%, 配箍特征值提高10%;5) 底部加强区剪力墙轴压比按高规控制:剪力墙在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比控制在0.5以内。通过以上加强措施, 经计算复核, 本工程结构抗震性能目标达到C级要求。

　　 高烈度区一般指地震设防烈度为8度和9度地区。楼层边框架梁是指框架-核心筒结构中, 联系外围稀柱之间的框架梁。楼层框架梁是指框架-核心筒结构中, 一端支承在钢筋混凝土核心筒上, 另一端支承在外围框架柱上的框架梁。地震高烈度区, 较多楼层边框架梁承受的水平地震起控制作用, 楼层竖向荷载不起主要作用 (表4, 拉为正, 压为负) 。边框架梁底部的弯矩分布靠近两端框架柱处最大, 跨中最小, 楼层边框架梁底部的弯矩分布包络图详见图7。

　　 根据楼层框架梁的受力特点, 结合图集^[5]相关规定, 楼层边框架梁梁底通长钢筋取跨中L_k/2 (L_k为梁的跨度) 范围内的最大值;靠框架柱一侧楼层边框架梁底纵向钢筋多于通长钢筋的部分从柱边伸至L_n/3 (L_n为梁净跨) 处截断, 做法详见图8。

　　 地震高烈度区, 较多楼层框架梁承受的水平地震起控制作用, 楼层竖向荷载不起主要作用 (表5) 。楼层框架梁底部的弯矩分布靠近外围框架柱一侧最大, 跨中较小, 靠核心筒剪力墙一侧也较小。楼层框架梁底部的弯矩分布包络图详见图9。

　　 根据楼层框架梁的受力特点, 结合图集^[5]相关规定, 楼层框架梁梁底通长钢筋取跨中到核心筒一侧L_k/2范围内的最大值;靠框架柱一侧楼层框架梁底纵向钢筋多于通长钢筋的部分伸至距离外框柱内边2L_n/3处截断, 做法详见图10。

　　 上述内容为一种全新的楼层框架梁、边框架梁梁底纵向钢筋配筋方法, 这样配筋满足弯矩包络计算和抗震构造要求, 技术先进、经济效益显著。

　　 本工程连接A#, B#双塔楼的裙房为超长结构, 混凝土收缩和环境降温可能导致楼板开裂。减小混凝土收缩的措施有:1) 采用减小水化热的措施;2) 混凝土浇筑后加强养护;3) 设置伸缩后浇带, 释放早期混凝土收缩应力;4) 采用分仓法施工。

　　 对使用阶段的楼板应力进行中震弹性及温度作用计算分析, 采用MIDAS Building计算中震弹性作用下楼板拉应力, 膜单元模拟楼板, 采用YJK软件对裙房的整体模型进行温差和收缩效应分析。楼板的温度应力分析主要是负温差产生的拉应力。通过两种工况的包络分析, 裙房区域连接处楼板加厚至250mm (图3) , 设置■12@150双层双向配筋, 并综合考虑梁内配筋 (楼层梁内置型钢) , 可抵抗负温差、中震弹性作用和混凝土收缩产生的拉应力。

　　 (1) 本工程为高烈度区大底盘下不同结构体系的双塔楼超限高层建筑, 存在4项不规则项, 根据抗震原则及建筑特点, 对整体结构体系及布置仔细考虑并作优化, 并采用了性能化设计方法, 使结构具有良好的性能。

　　 (2) 本工程除能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外, 结构抗震性能目标达到C级, B#楼框支柱、框支梁结构抗震性能目标可达到B级。

　　 (3) 通过数次调整A#, B#楼及大底盘双塔楼计算模型, 得出高烈度区超限高层计算规律:荷载越大, 塔楼越重, 地震作用越明显, 结构计算参数越不利。对高烈度区结构设计, 地震起控制作用, 应减小荷载, 寻找刚度与地震作用的平衡点, 也有利于控制成本。

　　 (4) 总结了高烈度区超限高层框架-核心筒结构中楼层边框架梁、框架梁的受力特点, 并结合其受力特点进行配筋。