工程位于成都市武侯区西三环外, 武青东四路与潮音路口西南。项目总用地面积3.97万m², 总建筑面积25.51万m², 其中地上建筑面积约12.41万m², 地下建筑面积约13.10万m²。地下共4层, 地下1层～地下4层层高分别为6.2, 6.0, 4.0, 4.0m, 主要功能为人防、停车库、设备用房、报告厅、餐厅等。地上11层, 首层层高6.1m, 其余标准层层高4.9m。建筑高度58.90m (结构高度55.20m) 。

　　 建筑平面共九个筒体, 呈三行三列布置, 每个标准层由两个角部重叠的回字形组成, 四个回字形平面每隔数层交错布置, 建筑效果图见图1, 建筑立面图见图2, 结构平面布置图见图3。

　　 根据结构布置、楼层与荷载情况, 并结合地勘报告数据, 采用天然地基及筏板基础, 基础埋深约为22m, 持力层为稍密卵石层, 承载力特征值为320kPa, 纯地下室筏板厚度为1.0m, 塔楼下筏板厚度为1.3～2.0m, 局部下反柱墩, 基础平面布置图见图4 (h为筏板厚度) 。地下室抗浮设计水位为504m (正负零绝对标高为506m) , 需采用抗浮锚杆解决地下室的抗浮问题。

　　 地下室采用钢筋混凝土梁板结构, 首层楼板厚度为180mm。地下4层及地下3层局部为六级人防区域, 地下1层局部自行车库采用无梁楼盖, 报告厅顶板采用钢梁+压型钢板组合楼板, 钢梁采用H800×300×20×35, 两端与周边混凝土梁铰接, 其余区域为混凝土梁板体系。除地上结构延伸至地下室的钢管混凝土柱外, 地下室框架柱均为混凝土柱, 截面大都为800×800。

　　 主体结构地上11层, 屋面结构标高为55.20m, 为框架-剪力墙结构。框架柱为钢管混凝土柱, 钢管截面主要为ϕ1 400×30, ϕ1300×30, ϕ1 000×20, 内置C60～C40混凝土 (随楼层变化) 。框架梁为钢梁, 采用H型钢, 主梁主要截面为H880×530×20×35, 次梁主要截面为H880× 250×18×25。地上楼板主要采用钢筋桁架楼承板, 板厚120mm。

　　 地上结构平面尺寸东西向为159.6m, 南北向为142.8m, 未设置结构缝。考虑地下室相关范围结构进行计算, 地下1层与首层X向及Y向层刚度比值分别为2.82及2.48, 满足《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) (2016年版) ^[1] (简称抗规) 第6.1.14条限值2的要求, 因此上部结构嵌固部位取首层地面。

　　 本工程标准层平面不规则, 平面九个筒体, 与钢管混凝土柱-钢梁框架形成框架-剪力墙结构, 四个回字形平面交错布置, 每个标准层由两个角部重叠的回字形组成。结构周边悬挑较大, 主要悬挑梁长度为6.2m, 9～11层南北侧悬挑长度为10.5m, 为控制梁高及悬挑端变形, 在屋面设置桁架, 桁架端设置吊杆以实现大跨度悬挑, 见图5。

　　 项目造型新颖、体型复杂, 属于特别不规则超限高层建筑, 设计难点如下:1) 扭转不规则, 建筑造型由两个角部重叠的回字组成, 每隔数层回字形平面交错布置, 计算表明, 部分楼层位移比大于1.2;2) 凹凸不规则, 角部重叠区域的长度小于相应方向边长的50%^[2];3) 楼层受剪承载力比突变, 由于回字形平面的交错布置, 结构4层及8层的受剪承载力比分别为0.76和0.71;4) 局部穿层柱;5) 大跨度悬挑, 结构周边悬挑超过6m。

　　 针对上述设计难点, 在结构设计中采取如下措施^[3]:1) 控制结构的扭转效应, 通过合理调整结构刚度分布, 控制楼层位移比小于1.4, 主要采取的措施包括尽量增加四个角部核心筒的墙肢长度、角部核心筒墙肢内设置较多型钢、中间核心筒墙体开结构洞以减小刚度;2) 采用抗震性能化设计, 对结构关键部位进行设防地震及罕遇地震设计, 四角筒体、穿层柱、悬挑梁的性能水准提高至设防地震抗弯抗剪弹性、罕遇地震抗剪不屈服, 其余筒体和普通框架柱设防地震抗弯不屈服、抗剪弹性;3) 核心筒外围墙肢全高设置约束边缘构件, 水平和竖向分布筋配筋率提高至0.6%;4) 穿层柱在设计时多遇地震剪力按邻近普通柱采用, 轴力按自身采用, 考虑穿层柱的自身计算长度进行验算;5) 楼板局部开洞位置, 为保证地震力传递, 增加楼板厚度至150mm, 双层双向配筋, 截面每个方向单侧配筋率不小于0.25%。

　　 按照《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) ^[4] (简称高规) , 抗震设防性能目标主要通过“两阶段三水准”的设计方法和采取有关措施实现, 本工程的抗震设防性能目标见表1。

　　 根据SATWE软件计算结果, 结构总质量约为21.1万t, 主要周期及振型见表2, 结构周期比为0.82, 满足高规第3.4.5条限值0.85的要求。

　　 多遇地震作用下楼层剪力见图6, 层间位移角见图7。由图6可以看出, 多遇地震作用下, 3层和7层剪力发生突变, 是由于这两层是回字形转换层。由图7可以看出, 多遇地震作用下, 结构X向和Y向最大层间位移角均出现在6层, 分别为1/1 707和1/1 698, 均小于高规第3.7.3条限值1/800。

　　 多遇地震作用下框架承担的楼层剪力与基底剪力的比值见图8。由图8可以看出, 框架承担的楼层剪力与基底剪力的比值最大值大于10%, 满足抗规的要求, 且全部楼层均大于超限专家对超限结构的建议值7%。

　　 结构层间刚度比计算结果如图9所示, 根据高规3.5.2条第2款规定“对框架-剪力墙结构, 楼层与其相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.9, 对结构底部嵌固层, 该比值不宜小于1.5”, 层间刚度比均满足规范要求。

　　 选取典型楼层 (2层) , 进行模态分析及人行荷载激励下的竖向加速度分析。经计算, 悬挑区域前10阶振型的固有频率在3.20～3.56Hz之间, 均满足高规第3.7.7条不宜小于3Hz的要求, 其中2层主要模态分析结果见图10。

　　 图11为人行荷载轨迹示意 (图中箭头代表人行轨迹方向) 。结构外围为大跨度悬挑, 人行荷载作用在结构外侧时为最不利情况, 其中工况1为人沿结构角部通过, 工况2为人沿结构侧边通过, 这两种工况可以代表所有最不利情况。工况1和工况2下2层楼板的最大加速度节点位置如图12所示, 在不同的人行荷载激励下, 楼板竖向振动加速度最大值为0.050m/s², 根据高规第3.7.7条, 按结构最大竖向自振频率3.56Hz计算, 加速度限值为0.054 m/s², 计算结果小于规范限值, 结构具有良好的使用条件, 满足舒适度要求。

　　 本工程尺寸超长, 平面凹凸不规则, 需要考虑温度变化和地震作用对结构楼板的影响, 因此对楼板进行温度及地震作用下的应力分析, 考虑温度作用工况 (1.2恒载+1.4活载+0.3×1.4×0.6温度作用 (综合设计和地区经验, 采用最大温差:升温31°, 降温29.5°) ) 和设防地震工况 (1.2 (恒载+0.5活载) +1.3地震荷载) 。11层楼板在降温工况及设防地震工况下的应力分析结果见图13, 14 (拉应力为正值, 压应力为负值) 。

　　 由图13, 14看出, 降温工况下11层有较多楼板出现拉应力, 且部分区域拉应力超过楼板混凝土抗拉强度标准值2.20MPa。对这些区域进行应力积分, 得出楼板内力, 配置相应数量的钢筋承担拉力, 经验算, 应力最大的区域需配置双层10@150。在设防地震作用下, 11层部分楼板存在拉应力, 但均不超过混凝土抗拉强度设计值, 楼板基本处于弹性。

　　 本工程悬挑较多且跨度较大, 特别是角部核心筒存在双向悬挑的情况, 因此本文选取核心筒角部双向均为6.2m悬挑的节点进行验算。悬挑梁为型钢梁, 截面为600×1 000 (梁内H型钢截面为H700×400×20×35) , 梁内型钢与剪力墙内型钢柱连接, 设防地震弹性工况 (考虑竖向地震) 下混凝土、型钢及钢筋应力分布见图15～17。

　　 由图15～17可知, 在设防地震弹性工况下, 节点区混凝土最大压应力为19.08MPa, 小于C45混凝土强度设计值21.1MPa;型钢最大拉应力为216.1MPa, 小于Q345型钢抗拉强度设计值295MPa;钢筋最大拉应力为307MPa, 小于HRB400钢筋抗拉强度设计值360MPa, 节点区域基本处于弹性状态。

　　 由于本工程属于特别不规则超限高层建筑, 对结构进行动力弹塑性分析以了解结构在罕遇地震作用下的抗震性能。罕遇地震工况下核心筒受压损伤情况及竖向构件性能评估见图18, 19。

　　 由图18, 19可以看出, 在罕遇地震作用下, 主要是连梁发生破坏, 连梁发挥了很好的耗能作用, 剪力墙性能评估均在轻度损伤以下。最大弹塑性层间位移角为1/208, 出现在6层, 小于高规限值1/100。钢管混凝土柱及型钢柱均未达到屈服应力, 楼板受压仅出现轻微损伤, 在洞口角部区域楼板受拉损伤较大, 但楼板钢筋均未达到屈服应力, 设计时可在此区域加强构造措施。

　　 本工程虽然属于存在多项超限的特别不规则高层建筑, 但计算分析结果均满足规范要求, 在采取合理调整结构刚度分布、剪力墙中增加型钢并提高分布筋配筋率、核心筒全高设置约束边缘构件、楼板开洞区域加厚楼板并提高配筋率等有效加强措施后, 结构可以达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标, 结构体系合理可行。