摘要：現在很多高層結構由于建筑功能要求和受場地限制、建筑美觀的要求，在平面上要底層大空間，立面體型復雜。因此要求結構工程師在抗震設計時給予充分的考慮，本文以湖北棗陽東方明珠城高層建筑結構的工程為例進行闡述，以供同行參考，并提寶貴意見
　　關鍵詞：抗震設計；結構設計
　　高層剪力墻住宅近20年在我國得到迅速發展,但高層剪力墻結構在我國還沒有經受過地震特別是強震的考驗。《高層建筑混凝土結構規程》(JGJ3-2002)對這類結構的相關規定借鑒了不少國外的經驗。在工程設計中,由于住宅建筑在使用上的一些特殊性,造成結構構件尺寸比例的不合理,如:連梁的跨高比較小等。另外,還有一些因在設計時未考慮的因素，而造成的不合理設計,如:樓板鋼筋對連梁抗彎承載力的增強作用。這些都會直接影響到連梁的工作性能。本文結合工程案例進行抗震設計分析。
　　1.工程概況
　　湖北棗陽東方明珠城（一期）位于湖北省襄樊市棗陽，建筑面積：126042平方米，由伸縮縫分為兩部分。地下一層，地上三十三層，建筑高度：99.95m。高層部分為框架剪力墻結構,抗震設防類別丙類,結構安全等級二級,地震加速度：0.5g，抗震設防烈度6度,主樓剪力墻、框架抗震等級均為三級,裙房部分為框架結構,框架抗震等級為四級。基礎類型采用人工挖孔樁施工。
　　2.結構設計
　　2.1本工程設計特點和難點:
　　1.根據建筑功能要求，六層以下希望有盡可能大的自由靈活空間，柱網要大，剪力墻要盡量少，六層以上梁高度受限，開間進深小且變化多。因此，在結構選型上，上部采用框架剪力墻體系，保證結構具有較好的抗側剛度和一定的延性，下部采用框支剪力墻體系。
　　2.因受場地限制，建筑平面西寬東窄，結構布置抗扭剛度難以調整。且沿豎向建筑功能改變三次，立面體型復雜。
　　3.本工程轉換層位置較高，在六層頂設置轉換層，屬于高位轉換，轉換形式為梁式轉換。根據《高規》10.2.5條規定，故本工程框支柱、剪力墻底部加強部位的抗展等級定為二級。.
　　4.上部結構在16層處建筑功能再次變化，結構部分墻柱軸網變化，形成局部梁上托柱的轉換。設計中轉換梁采用型鋼混凝土梁，構件截面減小，承載能力提高，變形能力強，延性性能優越。
　　2.2結構的體型判別
　　1.本工程總高度為99.95m，滿足《高規》表4.2.2-1條規定.長寬比為L/B=64.5/12.65=5.1<6滿足《高規》表4.2.3-1條規定。因建筑平面呈鋸齒形階梯變化，雖然平面每階的突出部分的l/b均滿足4.3.3條規定，但應控制結構抗扭剛度和層間位移差的比值滿足規范要求，詳見后面論述。
　　2.本工程轉換層設在六層，根據《高規》10.2.2條規定:底部大空間部分框支剪力墻高層建筑結構在地面以上的大空間層數，.6度時其層數可適當增加。故符合規范要求。
　　3.平面規則性判別：根據pkpm的計算結果，樓層的最大層間位移與樓層的平均位移的比值:X方向為1.19，Y方向最大為1.290,Y方向超過1.2，但不超過3.4.3-1條規定的1.5，屬于扭轉不規則。從住宅標準層平面一可以看出，16~30層每隔2層有1層樓板局部凹入，其B/Bmax=11.7/30.4=0.38>0.3，屬于凹凸不規則。從主宅標準層平面二可計算出樓板開洞面積7.0X7.2/1024=5%<30%，故樓板連續。通過以上分析可以看出，本工程屬于平面不規則結構。
　　3結構抗震設計
　　3.1結構選型
　　根據底部2層裙房大空間布置和上部住宅的要求,工程采用框支—剪力墻結構體系。為保證下部能最大限度實現大空間的功能,設計中把轉換層設在第3層頂板處,采用梁式轉換,結構受力途徑明確。
　　3.2結構計算結果分析
　　工程采用pkpm軟件進行分析計算。為保證結構設計能夠涵蓋結構的實際受力狀態,分別采用了底板嵌固和頂板嵌固兩種力學模型。當采用地下室頂板作為嵌固端時,整個建筑變為兩個獨立的結構單元,即附樓A和主樓B。當采用地下室底板作為嵌固端時,結構則成為由地下室相連的多塔樓結構。無論哪種計算模型,都存在質心分布不均勻、雙向偏心、扭轉效應十分明顯的情況。因此通過在結構單元的端部、電梯樓梯間布置剪力墻抗側力結構,調整剪力墻墻厚和在剪力墻上開洞,增加扭轉剛度。具體措施是:在電梯樓梯間布置剪力墻形成核心筒,并加厚此處的剪力墻,使平面剛度重心相對平面形心往右下方移動,并適當加高和加寬周邊框架梁的方法,經反復調整、試算,使平面質心與形心盡量接近,減小結構扭轉效應。結構自振周期及風荷載與水平地震作用下的主要計算結果見表1、表2,均滿足規范規定的限值。同時對水平構件進行彈性樓板與剛性樓板兩種假定,分別計算梁、柱配筋,設計時取兩者較大值。
　　表1結構自振周期
　　塔類型 周期 周期比
　　 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 Tt/T1<0.9
　　單塔A 1.47 1.38 1.24 0.41 0.40 0.35 0.21 0.84(t=3)
　　單塔B 2.13 1.74 1.47 0.56 0.52 0.44 0.28 0.82(t=2)
　　多塔 2.24 1.87 1.52 0.93 0.78 0.55 0.31 0.83(t=2)
　　
　　表2主要計算結果
　　計算項目 水平地震作用 風荷載 規范要求
　　 x向 y向 x向 y向 
　　基底剪力/kN A塔 4808.75 5080.03 2378.9 2662.1 
　　 B塔 5225.71 4747.19 2543.7 2980.4 
　　 多塔 10228.50 10045.70 5034.2 5548.3 
　　剪重比/% A塔 2.02 2.04   >1.60
　　 B塔 1.69 1.69   
　　 多塔 1.66 1.64   
　　最大層間位移角（δmax/h）rad A塔 1/3464 1/3466 1/9999 1/9999 <1/1000
　　 B塔 1/2953 1/2028 1/9999 1/4384 
　　 多塔 1/2879 1/1979 1/9999 1/4205 
　　最大層間位移與平均位移比 A塔 1.14 1.24 1.17 1.14 <1.40
　　 B塔 1.31 1.02 1.08 1.01 
　　 多塔 1.27 1.19 1.09 1.08 
　　有效質量系數/% A塔 99.90 99.71   >90
　　 B塔 99.86 99.50   
　　 多塔 99.89 99.67   
　　注：δmax為最大層間位移，h為層高。
　　3.3轉換構件的計算
　　除整體計算外,對工程中主要受力構件—框支梁與框支柱單獨進行受力和變形分析。采取措施如下述。
　　1)框支梁截面600mm×1800mm~600mm×2000mm。
　　2)框支柱截面1000mm×1000mm,按照規范,框支柱按規范進行調整,調整后,轉換層中全部框支柱承受的地震剪力大于底部剪力的30%,加大了框支柱的抗震儲備。
　　3)為保證下部空間整體結構有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力,盡量強化轉換層下部主體結構的剛度,使轉換層上下部主體結構的剛度及變形特征盡量接近,計算中定義1~3層為薄弱層,計算中乘以1.15的放大系數,以加強轉換層下部的強度。
　　3.4加強底部大空間結構到上部住宅結構的過渡區域的構造措施
　　1)核心筒作為抗震的主要構件,核心筒的剛度一直延續到層6,即核心筒剪力墻截面到層7才改變,以加強此處的抗剪剛度。
　　2)加強層3的剛度,板厚取180mm,雙層雙向配筋φ12mm@150mm。周邊框架梁增加縱向抗扭鋼筋,形成樓板的平面內邊框。
　　3)在上、下層暗柱無法連通的情況下,在相應下層剪力墻頂部設框架梁,框架梁剛度足夠大,以保證上部暗柱中鋼筋的錨固長度,增強暗柱的剛度。
　　4)除對轉換層、框支柱進行重點加強外,對轉換層以上的相鄰兩層剪力墻亦進行重點加強:剪力墻端部暗柱豎向鋼筋和箍筋以及剪力墻水平和豎向分布鋼筋的構造要求均按相應的抗震等級提高一級。
　　5)對轉換層以上跨高比<2及內力較大的連梁,在梁內增設交叉斜筋以提高抗剪能力并增加延性。
　　6）在結構計算過程中，重點控制以下的目標參數，經過多次調整優化，使之達到規范要求，主要有如下七個：
　　1、軸壓比：主要為控制結構的延性，規范對墻肢和柱均有相應限值要求，見抗規6.3.7和6.4.6。
　　2、剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性，見抗規5.2.5。
　　3、剛度比：主要為控制結構豎向規則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層，見抗規3.4.2。
　　4、位移比：主要為控制結構平面規則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。見抗規3.4.2。
　　5、周期比：主要為控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響，要求見高規
　　6、剛重比：主要為控制結構的穩定性，以免結構產生滑移和傾覆，要求見高規。
　　7、層間受剪承載力比：控制豎向不規則性；要求見高規。
　　4結論
　　高層建筑結構抗震設計需要詳細的分析計算、概念設計和有效的構造措施加以保證。
　　1)重視結構方案設計，采用合理的結構布置，以解決地震和風荷載帶來的不利影響。
　　2)采用多種不同計算模型進行結構整體計算以及重要部位的局部計算,保證結構設計能夠涵蓋結構的各種實際受力狀態。
　　3)采取結構措施加強裙房與主樓連接處的薄弱部位,設置梁式轉換結構。
　　4)對受力復雜、扭轉效應大的構件，在有條件的情況下，應用專業的有限元軟件如ansys進行應力分析，和satwe的計算結果進行比對。
　　5）考慮現場施工的難易程度，盡量使設計的結構既安全經濟，又方便施工。
　　參考文獻：
　　[1]趙西安，現代高層建筑結構設計[M]科學出版社，2000
　　[2]郭繼武，建筑抗震設計[M]中國建筑上業出版社，2002
　　[3]徐正忠，建筑抗震設計規范[M]中國建筑工業出版社，2001
　　[4]鐘樹生,鐘永慧,倪忠.高層建筑的結構時程分析[J].四川建筑,2007,(06)
　　[5]周磊,馬仲元,秦桂峰.關于高層建筑結構偶然偏心問題的討論[J].甘肅科技,2007,(05)
　　[6]谷連營,肖國梁.高層建筑抗震技術的發展概況[J].山西建筑,2006,(15)
　　[7]徐培福,黃吉鋒,韋承基.高層建筑結構在地震作用下的扭轉振動效應[J].建筑科學,2000,(01)