日照海韵广场项目位于日照市青岛路以西,淄博路以南,东临黄海,地处中央活力区黄金地段。总占地面积5.68万m²,总建筑面积约57.3万m²。将建设成为日照市地标性城市综合体,包括1#塔楼(86层办公酒店)、2#楼(72层公寓楼)、多幢住宅楼以及地下3层(局部4层)停车库。总体呈矩形,南北长约400m,东西宽约160m,建筑效果图见图1。

　　 其中1#塔楼地上86层,结构大屋面高度369m,建筑塔冠高度390m,地下4层。1～2层为酒店、办公大堂,层高均为6.0m;3层局部为会议室,层高4.8m;4～10层、12～21层、23～32层、34～43层、45～54层、56～65层、67～75层为办公楼(4层局部为酒店区域),层高均为4.2m;11,22,33,44,55,66,76层为避难层,层高分别为4.5,5.1,4.5,5.1,4.5,5.1,4.5m;77～85层为酒店,层高均为4.0m;86层为观光层,层高5.1m。主塔楼外包平面尺寸为44.24m(等效宽度)×62.00m,核心筒平面尺寸为22.80m×29.80m,基础埋置深度为22.00m,相对建筑高度约为1/16,大于房屋高度的1/18,建筑剖面图见图2。

　　 工程设计使用年限为50年,建筑结构防火等级为一级,建筑结构安全等级为二级,地基基础设计等级为甲级,地下室顶板作为上部结构的嵌固端。根据抗震规范 ^[1],结构抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.08,设计地震分组为第三组,场地类别为Ⅱ类,特征周期为0.45s,设防分类为重点设防类(简称乙类) ^[2],按照荷载规范 ^[3]风荷载50年重现期的基本风压为0.40kN/m²,100年重现期的基本风压为0.45kN/m²,根据风洞试验结果 ^[4]与荷载规范 ^[3]风荷载计算的数值,本项目基本风压取0.45kN/m²,地面粗糙度类别为A类。

　　 核心筒高宽比较大,为16.18,核心筒外墙厚度从底部的1 600mm逐步缩小至顶部的350mm,内部墙体厚度从底部的800mm逐步减小至顶部的300mm;混凝土强度等级从底部至顶部,由C60逐渐减小至C40,在底部加强区核心筒四角及外墙四周设置型钢,以抵抗剪力墙拉应力。

　　 核心筒内楼面采用现浇钢筋混凝土梁板结构,楼板厚度取150mm,核心筒外采用钢梁,楼板采用钢筋桁架楼承板,板厚120mm。

　　 1#塔楼结构高度达到369m,为高度超限的超高层建筑 ^[5],结构高宽比达到了8.34,超出规范限值20%,平面为类矩形,东西两面各由一段圆弧构成,南北两面由首层～51层内收,52～75层外凸,剖面外轮廓也呈弧线。因此需要高效的抗侧力体系来满足风荷载和地震作用下结构的使用性与安全性需求。为此,1#塔楼结构主要采用“圆钢管混凝土框架柱+钢梁-钢筋混凝土核心筒+带伸臂桁架加强层”的结构体系来抵抗水平地震及风荷载作用。标准层结构布置如图3所示。

　　 核心筒形心对应于平面形心分别向西、北侧偏置0.95m和1.085m,采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。核心筒从基础筏板顶面延伸至结构顶层,贯通整个建筑全高,容纳了主要的垂直交通和机电设备管道,并承担竖向及水平荷载,核心筒整体呈矩形。

　　 核心筒首层平面尺寸为22.8m×29.8m,77层以上南侧翼墙收进为转角墙,核心筒的高宽比为16.2,在核心筒四角及产生拉应力的墙肢中设置十字形型钢,型钢设置高度为基础顶至15层。

　　 外框架由外围圆钢管混凝土柱和环形桁架组成,主要承担竖向和水平荷载,其中地面以下圆钢管混凝土柱外包混凝土,外包厚度为250mm。项目一共采用了16根圆钢管混凝土柱,每边4根,从筏板顶贯通至屋面,原钢管柱直径由筏板顶2 100mm减小至屋面1 100mm,内置混凝土强度等级从底部C60逐渐减小至顶部C40,钢材均采用Q390B。其中东西两侧从64层至塔冠顶沿建筑高度向核心筒内弧形倾斜,内倾距离分别为3.0,3.7,4.7m,斜柱立面示意如图4所示。

　　 为了提高塔楼的整体刚度和强度,利用避难层和屋面层设置1层高的环形桁架将外框架柱连起来形成一个整体。总共设置了4道环形桁架(分别位于22,44,66层及屋面层)。环形桁架布置见图5。

　　 为了协调核心筒与外框架柱的变形,使外框架柱与内筒一起抵抗水平地震与风荷载作用,提高结构的整体刚度,共设置了2道伸臂桁架(分别位于4,66层),伸臂桁架的上、下弦将延伸至核心筒墙体内,用以提高伸臂桁架的整体性。伸臂桁架布置见图6。

　　 1#塔楼最终采用的是“圆钢管混凝土框架柱+钢梁-钢筋混凝土核心筒+带伸臂桁架加强层”抗侧力体系,如图7所示。

　　 根据抗震规范 ^[1]、高规 ^[6]和超限高层抗震设防专项审查要点 ^[5]的有关规定,塔楼共有6个不规则项目,如表1所示。因此,本项目为超限高层建筑,需要进行超限建筑工程抗震设防专项审查 ^[7],项目于2019年8月初和2019年9月底分别通过了超限预审会和超限审查会。

　　 针对本工程的超限程度,设定整体结构的抗震性能目标为C级,结合两次超限审查专家给予的意见,设定各构件的抗震性能目标,如表2所示。

　　 采用SATWE和ETABS软件对结构进行7度小震作用下的计算分析。计算振型数取90个,周期折减系数采用0.90,连梁刚度折减系数采用0.70,小震作用阻尼比采用0.035,考虑竖向地震、重力二阶效应、楼层地震剪力调整。结构前6阶周期、振型及质量参与系数见表3,由表3可以看出,结构周期基本合理。两种软件的计算结果如表4所示,可以看出,两种软件计算所得结构的各项指标基本一致,且均满足规范要求。

　　 作为整体结构的第二道防线,外框架所承担的地震剪力应符合规范中的相关规定。由于本项目结构高度超过7度抗震设防烈度混合结构的最大适用高度较多,且核心筒高宽比偏大,整体结构侧向刚度较弱,对侧向位移和位移比控制不利。因此,为了增加结构的侧向刚度,采用的剪力墙厚度较大,剪力墙贡献的侧向刚度较多,导致外框架所提供的刚度与剪力墙相比较小。在设计过程中,为了提高外框架对刚度的贡献,尝试了多种方法,如增加外框架梁的梁高、适当增大外框架柱的尺寸、减小核心筒内的连梁高度等。图8给出了框架柱所承担的剪力占底部总剪力的比例。

　　 从图8可以看出,钢筋混凝土核心筒承担了大部分的楼层剪力,除个别楼层外框架柱所承担的剪力占底部总剪力的比例小于5%以外,大部分不低于底部剪力的10%,满足超限高层抗震设防专项审查要点的要求。

　　 局部收进墙体为L形转角墙,因为竖向构件截面急剧减小,其内力会产生突然变大的现象,因此,对该部分墙体进行平面外的细部分析具有重要的意义。为使该部分墙体平面外具有足够的安全性,保证中震弹性模型下钢筋和混凝土的应力处于弹性范围,不考虑翼缘墙肢对研究墙肢的组合作用。采用ANSYS软件对墙体进行细部分析时,将通过盈建科软件读取的不利墙肢中震弹性作用下的M_xmax控制内力以荷载的形式加载到ANSYS模型中,计算得到的最不利墙肢的钢筋轴向应力和混凝土第一主应力如图9所示。

　　 从图9可以看出,钢筋始终处于受压状态,最大压应力为101.58 N/mm²,处于弹性范围内;混凝土除去因加载而产生的应力集中外,第一主应力最大值约为9.1N/mm²,仍处于弹性状态。

　　 参照荷载规范 ^[3]附录J计算得出,顺风向风荷载作用下塔楼X,Y向顶点风振加速度值分别为0.124,0.102m/s²,横风向风荷载作用下塔楼X,Y向顶点风振加速度值分别为0.157,0.211m/s²;风洞试验计算所得的10年重现期风荷载作用下顶点风振加速度值为0.125m/s²(顺风向风荷载作用下)、0.185m/s²(横风向风荷载作用下)。可以看出,结构顶点风振加速度值均小于限值0.250m/s²,满足规范要求。

　　 本工程高度超7度抗震设防烈度混合结构最大适用高度190m较多,针对上述超限情况及设计中的关键技术问题,在设计中主要采取了如下措施:1)底部加强区剪力墙,外围墙体按中震弹性、大震抗剪截面满足控制条件的性能目标进行设计;2)核心筒剪力墙拉弯、压弯满足中震弹性(不屈服)设计目标,控制中震下墙肢受拉范围和拉应力大小,并在剪力墙四角及出现拉应力的墙肢中设置型钢,以提高其延性;3)框架柱采用延性较好的钢管混凝土柱,轴压比控制在0.65以内,并加大外框梁的截面、提高外框架在地震下承担的剪力;4)针对楼板局部不连续,加强跃层钢管混凝土柱构造,确保其在大震作用下不会破坏;5)加大伸臂桁架弦杆和腹杆的截面,以保证其自身有较大的刚度,斜腹杆截面采用箱形截面以改善其平面外的失稳问题;6)将加强层的楼板厚度加大到180mm,混凝土强度提高至C40,并按中震不屈服工况进行配筋设计,以保证伸臂桁架起到协调核心筒和外框架变形的作用;7)伸臂桁架和环形桁架校核时基本不考虑楼板的作用。

　　 工程存在多项不规则类型,但在设计中采用概念设计方法,根据抗震原则及建筑特点,首先对整体结构体系及布置进行仔细地考虑并作优化,使之具有良好的结构性能。抗震设计中采用性能化设计方法,采取多种计算手段,计算结果表明,多项指标均表现得较为良好,基本满足规范的有关要求;使不规则程度得到基本有效控制。同时又通过概念设计及各阶段的计算程序分析结果对关键和重要构件作了适当加强,在构造措施方面亦相应作了处理。

　　 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级的设定要求,因此认为,结构可行并且是安全的。