项目位于盐城城南新区内, 地块被分解为酒店、办公、住宅三个区域, 办公楼和住宅位于酒店以南地段, 办公楼两座, 均为17层, 住宅两座, 均为18层。商业部分地下设有一层百货商场, 办公和住宅区域地下设有一层满铺大地库, 为停车场和设备用房, 两个地库之间用连廊连通。项目总建筑面积320 190m², 地上建筑面积229 000m², 地下建筑面积91 190m²。酒店为地标性的超高层建筑 (图1) , 采用框架-抗震墙结构体系, 地上共32层, 总结构高度约为146m, 结构外框架尺寸为45m×35m, 抗震墙内筒尺寸为26m×10m。结构主要标准层平面布置及三维视图如图2, 3所示, 结构抗侧力体系如图4所示, 主要标准层竖向构件截面尺寸如表1所示。

　　 工程抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.10g, 工程的抗震设防类别为标准设防类 (丙类) , 结构设计使用年限为50年, 结构安全等级为二级, 地基基础设计等级为甲级, 桩基设计安全等级为甲级。设计分组为第二组, 场地类别为Ⅲ类, 特征周期为0.55s, 地面粗糙度类别为C类, 风荷载体型系数取1.4, 阻尼比为5%。

　　 由于该建筑高度超过B级高度限值140m要求, 属于高度超限结构, 框架及剪力墙抗震等级为一级。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) ^[1] (简称高规) 第3.2.2条规定:对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑, 承载力设计应按100年重现期的风压值采用。基本风压设计值采用0.55kN/m²。

　　 根据文献[2]附录3《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 (建质[2010]109号) , 对规范涉及结构不规则性的条文进行检查, 具有两项一般不规则项, 如表2所示。

　　 为保证结构设计满足规范三水准设防要求, 根据《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) (简称抗规) 和高规的相关要求, 确定结构及其构件抗震性能目标, 如表3所示。

　　 首先采用SATWE建立有限元模型, 计算结果表明, 结构整体内力、位移及周期比等各项主要指标均满足高规的要求, 但发现第二振型的扭转系数达到0.66, 以扭转为主, 结构体系存在较大问题。采用ETABS软件对结构进行校核, 对比后发现结构的第二振型扭转系数达到0.70。因此, 针对结构体系扭转刚度弱的问题提出了一系列优化方案, 如表4所示。各方案的前三阶周期对比如表5所示, 可以看出, 方案1对结构扭转控制效果最好, 选择方案1作为最终结构布置方案。

　　 采用SATWE, ETABS两种有限元程序对结构方案1进行整体弹性计算分析, 其中计算层间位移、层侧向刚度比和位移比时, 采用刚性楼板假定;进行楼板应力分析时采用弹性壳单元楼板模型。分析还考虑了平扭耦联计算结构的扭转效应, 选择合适的计算模型数, 使参与质量不小于总质量的90%。

　　 弹性阶段结构的整体内力、位移等主要计算结果见表6, 7。由表可知, 以扭转为主的第一周期与以平动为主的第一周期的比值、弹性层间位移角、基底的剪重比等指标均满足高规要求。

　　 选取两组天然波和一组人工波, 采用SAUSAGE对结构大震作用下的抗震性能进行分析, 地震波加速度峰值为220cm/s², 按照双向水平地震输入, 主向与次向地震波加速度峰值比例为1∶0.85。图10为大震作用下结构两个方向弹塑性层间位移角包络, 图11为大震作用下框架柱承担地震剪力的百分比。由图可知, 结构层间位移角满足大震层间位移角限值, 框架柱承担地震剪力基本都大于结构基底剪力的10%, 大震下能够较好地发挥二道防线作用。

　　 大震作用下结构每层剪力墙、框架梁、框架柱的损伤情况为:剪力墙基本处于无损伤或轻微损伤, 框架梁大部分处于轻微损伤, 框架柱在23层及以下基本上没有损伤, 23层以上出现轻微损伤。图12, 13为结构首层剪力墙受压和受拉损伤云图。由图可知, 墙体的损伤因子较小, 连梁的损伤因子较大, 大震作用下连梁起到很好的耗能作用, 对墙体起到保护作用。方案1能够满足设定的性能目标要求。

　　 根据《混凝土结构设计规范》 (GB 50010—2010) ^[3]附录C混凝土和钢筋的本构关系, 采用纤维模型进行底部抗震墙和柱截面承载能力、弯矩-曲率曲线及变形限值计算, 首先给出纤维模型概念和混凝土、钢筋的应力-应变关系。纤维模型是将截面离散为许多小面积, 小面积称作纤维, 则每一个纵向主筋是一个纤维。同时采用平截面假定及材料单向应力-应变曲线。弯矩-曲率曲线分析由位移控制, 假定截面曲率从零开始单调增加。由截面曲率计算每个纤维的应变, 再根据每个纤维材料的单向应力-应变曲线确定每个纤维中的正应力, 最后通过截面应力积分求得截面的弯矩和轴力值。

　　 中震和大震的弹性及不屈服的验算结果表明, 在地震作用下, 结构竖向构件均满足性能化设计要求, 工程能够满足中震的弹性和不屈服以及大震不屈服的抗震性能目标。底层剪力墙大震不屈服剪压比分布如图14所示, 典型抗震墙与型钢混凝土柱正截面承载力验算计算结果如图15所示。

　　 建筑结构的全生命周期包含施工阶段、正常使用阶段和维修加固阶段。处于施工期间的建筑结构为时变体系, 结构的材料参数、几何参数与荷载边界条件都和正常使用阶段相差悬殊^[4,5]。为保证整体结构的适用性及施工期间结构可靠性, 对结构进行施工过程模拟。施工模拟分析仅考虑地上塔楼部分, 采用标准施工模拟方法, 每1层作为一个施工步骤, 将施工过程划分为33个施工步骤, 假定每一个施工步骤为10d, 来进行竖向压缩分析。施工过程中施加的荷载主要包括结构自重、施工活荷载以及爬模荷载等施工荷载, 其中结构自重荷载取标准值, 施工活荷载简化为1kN/m。本工程在考虑混凝土收缩徐变时, 按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTGD 62—2004) ^[6]中提供的徐变系数理论公式计算, 即采用 CEB-FIP模型。

　　 选取结构四个角部的框架柱 (C1～C4) 、剪力墙 (W1～W4) 以及核心筒剪力墙进行累积竖向变形分析, 选取构件的平面示意图如图16所示。图17为加载期龄为10年时结构角部框架柱竖向累积变形的平均值, 图18为结构角部剪力墙竖向累积变形的平均值, 图19为核心筒竖向累积变形的平均值 (取核心筒四个角部剪力墙的平均值) 。由图可以看出:1) 核心筒与柱的竖向变形趋势相同, 沿高度呈鱼腹式变化趋势, 这是因为施工模拟分析考虑逐层找平, 竖向变形峰值出现在结构中部楼层;2) 核心筒的竖向变形大于柱的竖向变形, 结构角部柱与剪力墙竖向变形相差不大;3) 加载期龄为10年时, 结构中部楼层核心筒由收缩效应引起的竖向变形约占总竖向变形的16%, 由徐变效应引起的竖向变形约占总竖向变形的28%, 收缩徐变引起的竖向变形须充分考虑。

　　 结合某工程实例研究了不同的结构布置方案对控制结构扭转效应的影响规律, 结果表明, 在结构四个角部增设抗震墙较其他方案可以显著控制结构的扭转, 针对最优方案进行了多遇及罕遇地震烈度下的性能分析, 结果表明, 对于超限高层框架-抗震墙结构, 当采用正确的分析路线、合理的结构布置和适当的技术措施时, 其抗震性能可以满足规范要求。