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【摘 要】 使用软件satwe和弹性时程分析方法对高度为118米的高层塔式建筑进行计算分析，对计算结果进行归纳、分析、总结，在保证结构安全的前提下，实现经济、美观和实用的统一，对同类工程具有参考和借鉴价值。
【关键词】 位移比；刚度比；剪重比；弹性时程分析
1.工程概况
某工程，地下23979.8平米，地上99901.39平米。有2层地下室、地上三层商场及1#、2#、3#住宅楼。主体高度为98米～118米不等，地下2层层高为3.9米（人防区层高4.2米），地下1层层高5.1米，地上三层裙房层高均为5.1米。地下2层层高为3.9米（人防區层高4.2米），地下1层层高5.1米，地上三层裙房层高均为5.1米。裙房和主楼设缝分开，本文主要对3#塔楼的结构设计进行介绍与分析。3#塔楼的参数如下：除地上三层裙房层高均为5.1米，四层至三十三层层高均为3.3米，总建筑高度为118米，高宽比为7.42，长宽比为1.89。
2.计算结果分析
2.1结构周期
本工程3#塔楼第一周期T1为3.0271（平动周期），第二周期T2为2.6157（平动周期），第三周期T3为1.5016，扭转周期与平动周期的比T3/T1=0.50，周期合理，扭转耦联较小，第一扭转周期与第一平动周期比不大于0.90，满足规范要求。
2.2地震和风作用下侧向位移及位移比
地震与风荷载作用下的结构层间位移及扭转位移比验算见表1。
表1 结构最大层间位移角、位移比
SATWE分析结果 规范要求
位移 最大位移角 X向地震 发生位置（层） 17 高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比，剪力墙结构不宜大于1/1000。（本条规定的楼层位移计算可不考虑偶然偏心的影响）
位移/层高 1/2064
Y向地震 发生位置（层） 27
位移/层高 1/1578
X向风 发生位置（层） 14
位移/层高 1/4024
Y向风 发生位置（层） 22
位移/层高 1/1511
位移比 最大位移比 X方向规定水平地震力作用下 1.06 地震作用±5%偶然偏心下，A类高层最大位移和平均位移的比值不宜大于1.2，不应大于1.4。
Y方向规定水平地震力作用下 1.27
3.3侧向刚度分析
规范要求的主要刚度分析见表2。
表2
X向刚度（KN/m） Y向刚度（KN/m）
嵌固端刚度
（剪切刚度） -1层 1.1529E+08 1.3535E+08
1层 4.9011E+07 6.8532E+07
-1层与1层刚度比 2.35 1.98
嵌固层刚度 1层 3.6663E+06 5.0079E+06
2层 4.5942E+06 5.7408E+06
1层与2层刚度比 1.451 1.586
2.4底部抗剪承载力（SATWE）
X向抗剪承载力 Y向抗剪承载力
1层 0.3389E+05 0.4881E+05
2层 0.2599E+05 0.3692E+05
3层 0.2616E+05 0.3509E+05
4层 0.2612E+05 0.3580E+05
3层与4层抗剪承载力之比（最小值） 1.00 0.98
可见下层的抗剪承载力与上层抗剪承载力之比，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.3条之规定，即A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于上一层受剪承载力的80%。
2.5地震作用下剪重比验算
计算结果表明，x向嵌固端剪重比为1.65%，y向嵌固端剪重比为1.67%，满足规范要求其大于1.6%的规定。
2.6轴压比分析
按照剪力墙抗震等级：地下一层及以上剪力墙二级，地下二层剪力墙三级，严格控制其轴压比，保证其延性。剪力墙轴压比控制在0.40以内。
2.7刚度比分析
X向刚重比为5.94，Y向刚重比为4.14，X向和Y向刚重比均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.4条对整体稳定的要求（>1.4）。由于刚重比大于2.7，故无需在整体计算中考虑P-△效应。
2.8结构舒适性验算结果
X向顺风向顶点最大加速度（m/s2）=0.033，X向横风向顶点最大加速度（m/s2）=0.149
Y向顺风向顶点最大加速度（m/s2）=0.058，Y向横风向顶点最大加速度（m/s2）=0.182
经计算，结构顶点风振加速度限值满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.7.6条关于结构顶点风振加速度限值的要求。
2.9多遇地震作用下的弹性时程分析法补充计算
按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）5.2.1，本楼属于高度>100米的建筑结构，应进行多遇地震作用下的弹性时程分析法补充计算。根据本工程场地的特征周期0.45s，选取人工波RH1TG045和天然波TH4TG045、user0523进行弹性时程分析。所选取的3组地震波的地震加速度最大值为35cm/m2，时间间距均为0.02s，持续时间分别为30s、40s和45.22s，均大于第一自振周期3.09s的5倍，其地震加速度时程曲线均满足地震动三要素要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间。 在多遇地震作用下的弹性时程分析法补充计算与反应谱法计算结果对比如下：（见下表）
地震波名称或方法 RH1TG045 TH4TG045 User0523 3波平均值 反应谱法
底层地震剪力
（KN） X向 4172.6 3682.4 4823.1 4226.0 4595.50
Y向 3933.2 3189.1 5009.3 4043.9 4656.99
底层倾覆弯矩
（KN.m） X向 218345.0 306486.3 314999.9 279943.8 327990.06
Y向 232406.3 266454.2 259136.7 252665.8 306261.09
层间最大
位移角 X向 1/2772 1/2212 1/2135 1/2383 1/2051
Y向 1/1867 1/1736 1/1760 1/1814 1/1537
頂点位移
（mm） X向 31.29 45.42 45.01 40.57 47.82
Y向 50.12 58.48 53.55 54.05 66.43
从下表可以看出，时程分析时，每条时程曲线计算所得X向、Y向的结构底部剪力均分别大于振型分解反应谱法计算结果的65%，即2987.1KN、3027.0KN：3条时程曲线计算所得X向、Y向的结构底部剪力的平均值4226.0KN、4043.9KN均相应大于振型分解反应谱法结果的80%，即3676.4KN、3725.6KN，所选3组地震波满足规范要求。
另外，天然波user0523在X向、Y向的底层地震剪力大于反应谱法结果，但是不大于反应谱法计算结果的135%，即6203.9、6286.9KN，虽然满足规范要求，但是仍需要对反应谱法的计算结果进行特别处理。具体处理方法是在结构整体配筋计算时，采用在SATWE软件中将该方向的地震剪力乘以放大系数的方法予以解决，这个放大系数就是这3组波的最大地震剪力与规范反应谱法计算结果的比值，即1.08。
2.10基础设计中的技术措施
本工程采用筏板基础，持力层为承载力特征值为fak=400KPa的强风化泥质砂岩，考虑到地下车库与主楼连为一体，主楼与车库存在较大的沉降变形差异，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2010第12.3.19条，对车库与主楼相邻一跨内采取抗水板钢筋加强的措施，提高适应差异沉降变形的能力。
3.结语
通过对某塔式建筑建模计算，对计算结构进行归纳、分析、总结，该工程的周期比、位移比、侧向刚度比、剪重比、轴压比及舒适度验算均满足规范要求，并按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）5.2.1对本塔楼进行多遇地震作用下的弹性时程分析进行补充验算，保证结构的安全性与经济性，对类似的工程具有相应的参考价值。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规范（G?B?5?0?0?0?7?-?2?0?1?1）.北京：中国建工出版社，2011.
[2]建筑抗震设计规范（G?B?5?0?0?1?1?-?2?0?1?0?）.北京：中国建工出版社，2010.
[3]全国民用建筑工程设计技术措施（结构）.北京：中国计划出版社，2003.
[4]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.
[5]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3—2010）北京：中国建筑工业出版社，2010.
【关键词】 位移比；刚度比；剪重比；弹性时程分析
1.工程概况
某工程，地下23979.8平米，地上99901.39平米。有2层地下室、地上三层商场及1#、2#、3#住宅楼。主体高度为98米～118米不等，地下2层层高为3.9米（人防区层高4.2米），地下1层层高5.1米，地上三层裙房层高均为5.1米。地下2层层高为3.9米（人防區层高4.2米），地下1层层高5.1米，地上三层裙房层高均为5.1米。裙房和主楼设缝分开，本文主要对3#塔楼的结构设计进行介绍与分析。3#塔楼的参数如下：除地上三层裙房层高均为5.1米，四层至三十三层层高均为3.3米，总建筑高度为118米，高宽比为7.42，长宽比为1.89。
2.计算结果分析
2.1结构周期
本工程3#塔楼第一周期T1为3.0271（平动周期），第二周期T2为2.6157（平动周期），第三周期T3为1.5016，扭转周期与平动周期的比T3/T1=0.50，周期合理，扭转耦联较小，第一扭转周期与第一平动周期比不大于0.90，满足规范要求。
2.2地震和风作用下侧向位移及位移比
地震与风荷载作用下的结构层间位移及扭转位移比验算见表1。
表1 结构最大层间位移角、位移比
SATWE分析结果 规范要求
位移 最大位移角 X向地震 发生位置（层） 17 高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比，剪力墙结构不宜大于1/1000。（本条规定的楼层位移计算可不考虑偶然偏心的影响）
位移/层高 1/2064
Y向地震 发生位置（层） 27
位移/层高 1/1578
X向风 发生位置（层） 14
位移/层高 1/4024
Y向风 发生位置（层） 22
位移/层高 1/1511
位移比 最大位移比 X方向规定水平地震力作用下 1.06 地震作用±5%偶然偏心下，A类高层最大位移和平均位移的比值不宜大于1.2，不应大于1.4。
Y方向规定水平地震力作用下 1.27
3.3侧向刚度分析
规范要求的主要刚度分析见表2。
表2
X向刚度（KN/m） Y向刚度（KN/m）
嵌固端刚度
（剪切刚度） -1层 1.1529E+08 1.3535E+08
1层 4.9011E+07 6.8532E+07
-1层与1层刚度比 2.35 1.98
嵌固层刚度 1层 3.6663E+06 5.0079E+06
2层 4.5942E+06 5.7408E+06
1层与2层刚度比 1.451 1.586
2.4底部抗剪承载力（SATWE）
X向抗剪承载力 Y向抗剪承载力
1层 0.3389E+05 0.4881E+05
2层 0.2599E+05 0.3692E+05
3层 0.2616E+05 0.3509E+05
4层 0.2612E+05 0.3580E+05
3层与4层抗剪承载力之比（最小值） 1.00 0.98
可见下层的抗剪承载力与上层抗剪承载力之比，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.3条之规定，即A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于上一层受剪承载力的80%。
2.5地震作用下剪重比验算
计算结果表明，x向嵌固端剪重比为1.65%，y向嵌固端剪重比为1.67%，满足规范要求其大于1.6%的规定。
2.6轴压比分析
按照剪力墙抗震等级：地下一层及以上剪力墙二级，地下二层剪力墙三级，严格控制其轴压比，保证其延性。剪力墙轴压比控制在0.40以内。
2.7刚度比分析
X向刚重比为5.94，Y向刚重比为4.14，X向和Y向刚重比均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.4条对整体稳定的要求（>1.4）。由于刚重比大于2.7，故无需在整体计算中考虑P-△效应。
2.8结构舒适性验算结果
X向顺风向顶点最大加速度（m/s2）=0.033，X向横风向顶点最大加速度（m/s2）=0.149
Y向顺风向顶点最大加速度（m/s2）=0.058，Y向横风向顶点最大加速度（m/s2）=0.182
经计算，结构顶点风振加速度限值满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.7.6条关于结构顶点风振加速度限值的要求。
2.9多遇地震作用下的弹性时程分析法补充计算
按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）5.2.1，本楼属于高度>100米的建筑结构，应进行多遇地震作用下的弹性时程分析法补充计算。根据本工程场地的特征周期0.45s，选取人工波RH1TG045和天然波TH4TG045、user0523进行弹性时程分析。所选取的3组地震波的地震加速度最大值为35cm/m2，时间间距均为0.02s，持续时间分别为30s、40s和45.22s，均大于第一自振周期3.09s的5倍，其地震加速度时程曲线均满足地震动三要素要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间。 在多遇地震作用下的弹性时程分析法补充计算与反应谱法计算结果对比如下：（见下表）
地震波名称或方法 RH1TG045 TH4TG045 User0523 3波平均值 反应谱法
底层地震剪力
（KN） X向 4172.6 3682.4 4823.1 4226.0 4595.50
Y向 3933.2 3189.1 5009.3 4043.9 4656.99
底层倾覆弯矩
（KN.m） X向 218345.0 306486.3 314999.9 279943.8 327990.06
Y向 232406.3 266454.2 259136.7 252665.8 306261.09
层间最大
位移角 X向 1/2772 1/2212 1/2135 1/2383 1/2051
Y向 1/1867 1/1736 1/1760 1/1814 1/1537
頂点位移
（mm） X向 31.29 45.42 45.01 40.57 47.82
Y向 50.12 58.48 53.55 54.05 66.43
从下表可以看出，时程分析时，每条时程曲线计算所得X向、Y向的结构底部剪力均分别大于振型分解反应谱法计算结果的65%，即2987.1KN、3027.0KN：3条时程曲线计算所得X向、Y向的结构底部剪力的平均值4226.0KN、4043.9KN均相应大于振型分解反应谱法结果的80%，即3676.4KN、3725.6KN，所选3组地震波满足规范要求。
另外，天然波user0523在X向、Y向的底层地震剪力大于反应谱法结果，但是不大于反应谱法计算结果的135%，即6203.9、6286.9KN，虽然满足规范要求，但是仍需要对反应谱法的计算结果进行特别处理。具体处理方法是在结构整体配筋计算时，采用在SATWE软件中将该方向的地震剪力乘以放大系数的方法予以解决，这个放大系数就是这3组波的最大地震剪力与规范反应谱法计算结果的比值，即1.08。
2.10基础设计中的技术措施
本工程采用筏板基础，持力层为承载力特征值为fak=400KPa的强风化泥质砂岩，考虑到地下车库与主楼连为一体，主楼与车库存在较大的沉降变形差异，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2010第12.3.19条，对车库与主楼相邻一跨内采取抗水板钢筋加强的措施，提高适应差异沉降变形的能力。
3.结语
通过对某塔式建筑建模计算，对计算结构进行归纳、分析、总结，该工程的周期比、位移比、侧向刚度比、剪重比、轴压比及舒适度验算均满足规范要求，并按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）5.2.1对本塔楼进行多遇地震作用下的弹性时程分析进行补充验算，保证结构的安全性与经济性，对类似的工程具有相应的参考价值。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规范（G?B?5?0?0?0?7?-?2?0?1?1）.北京：中国建工出版社，2011.
[2]建筑抗震设计规范（G?B?5?0?0?1?1?-?2?0?1?0?）.北京：中国建工出版社，2010.
[3]全国民用建筑工程设计技术措施（结构）.北京：中国计划出版社，2003.
[4]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.
[5]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3—2010）北京：中国建筑工业出版社，2010.