1工程概况

天星科技大厦位于兰州市城关区盐场堡黄河北岸，地下2层，地上46层，设置了2个避难层，房屋高度为.30m，基础埋深17.50m，地下2层为机械式车库，层高8.7m，可停车3层，地下1层为设备用房，层高6.0m。地上1~6层为展销大厅和办公用房，层高4.5m，7~46层为办公用房，层高3.8m，大厦另带两层商业裙楼，地下与主楼相连，地上设防震缝分开，主楼建筑面积为m2，裙楼为m2。

主楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，其高度超过8度地震区B级高度高层建筑的最大适用高度（m），属于高度超限的建筑工程，天星科技大厦效果图见图1。工程抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度0.2g，设计地震分组为第三组。6层及6层以下抗震设防类别为乙类，地震作用计算按8度采用，抗震措施按9度采用；6层以上抗震设防类别为丙类，地震作用计算和抗震措施均按8度采用。建筑剖面图及标准层建筑平面图见图2，3。

图1天星科技大厦效果图图2建筑剖面图

图3标准层建筑平面图

2地基基础

主、裙楼基础均采用钢筋混凝土平板式筏形基础，基底高程.40m，以中风化砂岩层作为持力层。根据场地的钻孔旁压试验，中风化砂岩地基承载力特征值fak=kPa，变形模量E0=65MPa。

筏板采用变厚度筏板，核心筒下厚度mm，其他部位mm，裙楼部分mm。主楼基础平面布置图见图4。由于基底压力较大，主楼底板在周边外挑尺寸适当加大。为减小主楼与裙楼间的沉降差，在裙楼内与主楼相邻第二跨处设置沉降后浇带，待主楼、裙楼结构主体完工后再封闭后浇带，计算分析中考虑后浇带封闭时间对结构受力的影响。

图4主楼基础平面布置图

3上部结构

3.1上部结构体系

上部结构采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构。核心筒的剪力墙以周边布置为主，筒内剪力墙沿较长的填充墙部位进行适度的设置。核心筒平面纵、横向尺寸分别为25.0m和12.40m，高宽比分别为7.17，14.46，导致结构横向较弱，故加大了横向剪力墙厚度，同时适当加密横向框架柱，通过这样的加强，尽量使两个方向结构的刚度接近。

设置黏滞消能器，将结构设计为消能减震结构。黏滞消能器为主楼结构附加阻尼，并在地震时消耗大量地震能量，与结构构件一道采用“抗消并用”的方法来抵抗地震作用，并可有效地减轻结构构件自身的地震灾害，而且地震烈度越高、结构越高越柔，消能减震效果越好。

3.2附加阻尼比的确定和消能器的布置

3.2.1消能器的布置原则

1）消能器在平面布置上宜分散均匀，使各消能器能均匀吸收地震作用产生的能量；2）楼层上选择地震作用下变形较大的楼层，以充分发挥消能器的作用；3）层数分布上可连续布置，也可间隔布置，以保证结构整体上具有合理的消能减震性能为宜。本工程消能器的平面布置如图2所示。

3.2.2根据需求确定附加阻尼比

根据对非减震结构的分析，当附加阻尼比达到0.03时，可满足受力需求。据此，按照抗规式（12.3.4-2），计算消能减震结构在X，Y向水平地震作用下的总应变能，得到结构在预期位移下两个方向的总应变能，Wsx，Wsy为.58，.08kN·m。

按照抗规式（12.3.4-1），反算所有消能器在水平地震作用下两个方向往复循环一周所应消耗的总能量，ΣWcjx=4πWsxζa=.9kN·m，ΣWcjy=4πWsyζa=.5kN·m。

初定黏滞消能器参数为：阻尼指数0.2，阻尼系数kN·m/s，最大行程±30mm，最大阻尼力kN，消能器拟布置在大部分楼层内，以中部楼层平均层间位移来计算，单个消能器在两个方向往复循环一周所平均消耗的能量Wcjx，Wcjy约为4.1，6.8kN·m，然后计算所需的消能器的数量：nx=ΣWcjx/Wcjx≈，ny=ΣWcjy/Wcjy≈81。

考虑对称布置和受力均匀的需要，在布置消能器的楼层，每个方向布置4套，X向消能器在14~39层设置，Y向消能器在15~36层设置，两个方向消能器数量分别为套和88套。从以上计算可知，结构刚度的增加会影响消能器的耗能作用，刚度较大的方向需布置更多的消能器。

3.2.3附加阻尼比验证

采用ETABS软件，用两种方法对消能减震结构进行小震作用下的动力时程分析，含有消能减震单元的非线性时程分析方法（5%阻尼比+黏滞阻尼单元）和设置附加阻尼比（8%总阻尼比）的弹性时程分析方法，两种结果基本一致，证明附加阻尼比取3%是合理的。在验证过程中对消能器参数进行适当的调整，最终确定的消能器参数如表1所示，消能器局部立面布置如图5所示。

图5消能器局部立面布置

消能器性能参数表1

编号

阻尼指数

阻尼系数/(kN·m/s)

最大行程/mm

最大阻尼力/kN

数量

/套

1

0.2

±30

16

2

0.2

±30

20

3

0.2

±30

76

4

0.2

±30

80

3.3超限判定及主要抗震加强措施

主楼南北两侧门厅在1，2层通高设置，2层楼板在南北两侧各开1个大洞（图6），有效楼板宽度与楼板总宽度之比在X向和Y向分别为43.72%，43.42%，均小于50%；楼板开洞率为32.21%，大于30%，可判定为楼板不连续，故主楼属于高度超B级高度的超限高层建筑工程，并具有楼板不连续超限项。

图6二层结构平面图

采取的主要抗震加强措施如下：

（1）进行抗震性能设计。

（2）采用黏滞消能器进行消能减震设计，将结构抗震由“硬抗”改进为“抗消结合”。

（3）合理调整结构布置和构件尺寸，平面布置规整，质心和刚心基本重合，构件采用周边加强、中间减弱的调整方式，兼顾抗侧刚度和抗扭刚度的统一性，减小结构扭转反应。

（4）确保多道抗震防线的实现。通过消能器的设置，主楼形成三道抗震防线，即消能器、核心筒和外框架。

（5）加强核心筒的强度和延性，适当降低剪力墙的轴压比限值；约束边缘构件在规范取值的基础上再向上延伸一层，其上设4层过渡层，截面和配筋缓变，避免突变。

（6）底部加强部位（1~4层）框架柱设计为型钢混凝土柱（含钢率4%），过渡层框架柱内设置构造型钢（含钢率2%），以上框架柱内设置钢筋混凝土芯柱（配筋率0.5%）。

（7）开大洞的2层楼板加厚至mm，并双层双向配筋；洞口周边的边梁加宽，并配置抗扭纵筋和箍筋；相邻的3层板厚加厚至，配筋适当加强。

（8）核心筒外墙连梁跨高比小、受力大，剪压比不易控制，通过设置交叉暗撑以提高其受剪承载力，改善延性。

4结构计算与分析

主楼为超限的消能减震结构，采用SATWE，ETABS软件进行整体分析计算，整体计算模型如图7，8所示。

对结构进行的消能减震计算分析表明，消能减震结构比常规结构在地震作用下的底层剪力减小了约25%，最大层间位移角减小了约13%。大震动力弹塑性分析表明，整体结构损伤较轻，具有充分的消能和抗震能力，有一定的安全富裕度。个别连梁塑性铰发展较深，大多数框架柱未出现塑性铰，剪力墙产生了受拉裂缝，但是钢筋未屈服，与消能器相连的构件损伤轻微，可保证消能器正常工作。

5与消能器相连的构件设计

消能器采用单斜杆支撑方式与主体结构连接，连接方式为铰接。消能部件包括消能器和支撑，目前，消能器和支撑作为整体产品由厂家供货，支撑与主体结构连接参见相关图集。需要注意的是，等效线性化的计算方法无法计算出消能器附加给结构的内力，需自行验算，也可采用动力时程分析方法提取，加入到相关构件的内力组合中。

6结论

（1）在高烈度地震区，采用黏滞消能器对超高的混凝土结构进行减震设计是合理可行的，通过消能器的消能减震作用，结构的层间位移角可以达到规范要求，地震响应大大减小，抗震构件的损伤得到了很大的降低，结构在地震下的安全性得以提高。

（2）对设置黏滞消能器的结构，可采用设置阻尼单元的时程分析方法和附加阻尼比的等效线性计算方法进行计算比较，保证采用等效方法进行设计的可靠性，应使结构具有一定的安全富余度。

（3）消能器应布置在结构受力较大的部位，其布置方式应能对整体结构起到控制作用，并保证结构受力均匀。

（4）与消能器相连的构件，在大震作用下应基本处于弹性状态，或者虽有损伤但损伤程度轻微，能够保证消能器正常工作。

更多内容详见年第11期《建筑结构》杂志文章：题目《设置黏滞消能器的超限高层结构设计》，作者：张举涛，郑世钧，张昊强（甘肃省建筑设计研究院）。

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