王維一 黃 卓

(1.華潤(rùn)(深圳)有限公司，廣東 深圳 518001; 2.奧意建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518031)

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湛江萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)超高層連體結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)

王維一1黃 卓2

(1.華潤(rùn)(深圳)有限公司，廣東 深圳 518001; 2.奧意建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518031)

以湛江萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)超高層連體結(jié)構(gòu)為例，采用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，在中高區(qū)用鋼結(jié)構(gòu)桁架將兩塔樓進(jìn)行剛接，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，結(jié)合擬定的抗震性能目標(biāo)，采用YJK，Midas Gen，對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行了分析，并利用Abaqus進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析，計(jì)算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)抗震性能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

超高層連體結(jié)構(gòu)，抗震性能，風(fēng)荷載，塔樓

1 工程概況

湛江萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)項(xiàng)目位置位于廣東省湛江市龍潮東路大道以南，海濱大道以東。寫(xiě)字樓4號(hào)樓1單元共39層，屋面高度為171 m；4號(hào)樓2單元共51層，屋面高度為174.6 m，兩塔樓結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土框架核心筒體系。4號(hào)樓1單元在第28層～31層與4號(hào)樓2單元在34層～38層(標(biāo)高116.45 m～130.5 m)通過(guò)空中連體相連。連體與兩側(cè)塔樓采用剛接型式，連體結(jié)構(gòu)采用鋼桁架，桁架高度5 m，桁架跨度37.5 m。

結(jié)構(gòu)立面及連體平面示意圖見(jiàn)圖1。

連體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

2 結(jié)構(gòu)總體控制參數(shù)及荷載取值

2.1 結(jié)構(gòu)總體控制參數(shù)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑重要性系數(shù)取1.0，建筑安全等級(jí)為二級(jí)，地震及風(fēng)荷載作用下主體結(jié)構(gòu)阻尼比取5%，連體鋼結(jié)構(gòu)取2%。核心筒剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)，鋼筋混凝土框架梁及柱抗震等級(jí)為一級(jí)。與連體桁架相連梁柱為特一級(jí)，鋼結(jié)構(gòu)連體桁架為二級(jí)。

2.2 荷載取值

本項(xiàng)目風(fēng)荷載按規(guī)范50年一遇考慮，位移計(jì)算取0.8 kN/m2，強(qiáng)度計(jì)算放大1.1倍；舒適度計(jì)算取0.5 kN/m2，地面粗糙度為B類(lèi)，體形系數(shù)按1.4取值。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，地震分組為第一組，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，恒活均按規(guī)范取值。

3 結(jié)構(gòu)超限判別

本項(xiàng)目?jī)蓷澦蔷^(guò)A級(jí)高度限值，但未超B級(jí)高度限值。扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2小于1.4，存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；相鄰層剛度變化大于70%或連續(xù)三層變化大于80%，存在剛度突變；兩塔樓間通過(guò)鋼桁架連接，屬?gòu)?fù)雜連接。綜合以上分析，屬于《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》中的高度超限及復(fù)雜連接的超限項(xiàng)目。

4 抗震性能目標(biāo)

根據(jù)塔樓的重要性和震后損失及修復(fù)的難易程度，設(shè)計(jì)時(shí)采用基于性能化的抗震設(shè)計(jì)方法。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)選擇C級(jí)～D級(jí)。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)及預(yù)期震后性能狀況如表1，表2所示。

表1 抗震性能目標(biāo)

表2 預(yù)期震后性能狀況

5 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

5.1 多遇地震下結(jié)構(gòu)受力分析

兩棟塔樓作為獨(dú)立單體時(shí)，結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能較為接近，但在兩塔樓間增加鋼桁架連體之后，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能有較大的變化。由于連體的作用，連體結(jié)構(gòu)中4號(hào)樓1單元地震下層剪力較單體減小，4號(hào)樓2單元層剪力則較單體增大(見(jiàn)圖3)。小震作用下，連體樓板滿(mǎn)足小震彈性的要求。單體與連體周期對(duì)比結(jié)果如表3所示。

5.2 偶遇地震下結(jié)構(gòu)受力分析

在偶遇地震作用下的地震計(jì)算參數(shù)按照規(guī)范取值，地震影響系數(shù)最大值αmax=0.23，場(chǎng)地特征周期Tg=0.45 s，阻尼比取0.05。連梁剛度折減系數(shù)取0.50。荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0，結(jié)構(gòu)計(jì)算不考慮構(gòu)件抗震等級(jí)，材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值，風(fēng)荷載不參與計(jì)算。

中震作用下框架柱能滿(mǎn)足抗剪彈性及抗彎不屈服的性能目標(biāo)。4號(hào)樓1單元所有連梁中震能達(dá)到抗剪不屈服的性能目標(biāo)；4號(hào)樓2單元除 18層避難層僅個(gè)別連梁中震無(wú)法達(dá)到抗剪不屈服的性能目標(biāo)，不滿(mǎn)足連梁將采用加強(qiáng)措施來(lái)滿(mǎn)足抗震性能需求。

中震作用下結(jié)構(gòu)筒體剪力墻抗壓滿(mǎn)足要求，對(duì)于可能出現(xiàn)的剪力墻混凝土抗拉進(jìn)行分析。按標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行計(jì)算的剪力墻最小軸力在Nmin工況下，除出屋面頂部核心筒小塔樓有很小的拉力外，其余筒體剪力墻仍處于受壓狀態(tài)。

計(jì)算結(jié)果表明，連體屋頂樓板應(yīng)力不高，而在連體桁架上下兩層，在連體及延伸進(jìn)塔樓核心筒一側(cè)樓板在地震下的樓板應(yīng)力比較高，在連體角部區(qū)域超過(guò)了6.0 MPa，遠(yuǎn)超過(guò)了C30混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，該區(qū)域樓板在中震中將會(huì)拉裂，樓板鋼筋將會(huì)屈服。對(duì)以上桁架上下層樓板配筋將適當(dāng)加強(qiáng)，板配筋雙層雙向拉通布置，鋼筋直徑數(shù)量按鋼筋極限抗拉強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保板鋼筋在中震下不被拉斷。

桁架在中震下均能保持彈性狀態(tài)。與桁架弦桿相連的框架柱剪力突變加大，且與之相連的框架梁拉力較大，對(duì)這部分框架柱及框架梁采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

在考慮樓板損壞失效的情況下，桁架整體剛度有所降低，腹桿軸力減小，弦桿由于沒(méi)有樓板幫助而軸力增加較多,桁架能保持彈性工作狀態(tài)。

5.3 罕遇地震下結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

本項(xiàng)目采用ABAQUS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的彈塑性進(jìn)行分析。選取兩條天然波及一條人工波作為輸入條件。下文以天然波C為例，描述結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的性能(見(jiàn)圖4)。結(jié)構(gòu)基底最大剪力如表4所示，括號(hào)內(nèi)為與小震相應(yīng)方向地震力的比值。罕遇地震作用下層間位移角見(jiàn)表5。

表4 罕遇地震作用下基底剪力

表5 罕遇地震作用下層間位移角

核心筒的破壞主要集中在連梁和連體范圍及其上部的墻肢，當(dāng)連梁縱向鋼筋出現(xiàn)屈服時(shí)，連體范圍及其上部核心筒外圍個(gè)別墻肢及連梁周邊部分墻肢就會(huì)出現(xiàn)受壓損傷；連梁耗能效果明顯，較多連梁縱筋受彎屈服。發(fā)生損壞連體范圍及其上部核心筒外圍墻體混凝土出現(xiàn)相對(duì)明顯的受拉損傷，根據(jù)墻體的拉應(yīng)變計(jì)算，絕大部分墻體的水平以及縱向分布鋼筋都基本保持彈性。

框架柱混凝土未出現(xiàn)明顯的受壓損傷，核心筒四角的框架柱以及在塔樓屋面處的混凝土出現(xiàn)輕微受拉損傷。柱縱向鋼筋應(yīng)力約為350 MPa柱內(nèi)縱筋進(jìn)入塑性的程度非常淺，縱筋基本保持彈性。混凝土框架梁在支座、跨中出現(xiàn)了不同程度的拉損傷，但是并未發(fā)現(xiàn)受壓破壞情況。梁端受拉鋼筋屈服，出現(xiàn)塑性鉸。

各樓層樓板鋼筋塑性應(yīng)變及拉壓損傷，結(jié)果表明樓板受拉損傷較受壓損傷明顯，從高度方向上呈現(xiàn)中間損傷大于下部和上部樓板的損傷情況；從平面上呈現(xiàn)四角及核心筒周邊損傷較為明顯的情況。樓板受壓損傷的區(qū)域主要集中在核心筒內(nèi)樓板及沿核心筒周邊的板帶上。與連體相連的樓板拉壓損傷都很明顯，以桁架上下的樓板為甚，與連體相連的塔樓內(nèi)板鋼筋屈服。樓板受拉損傷在全樓范圍均存在，尤以核心筒內(nèi)部、塔樓的四角部位及連體周邊樓板受拉損傷最為顯著，樓板尚可有效的傳遞水平力；兩棟塔樓中間的桁架連接體未發(fā)生塑性變形，仍保持彈性狀態(tài)。

6 超限設(shè)計(jì)主要加強(qiáng)措施

針對(duì)本工程特點(diǎn)和已進(jìn)行的小震、中震、大震計(jì)算分析，結(jié)合擬定的抗震性能目標(biāo)，在施工圖設(shè)計(jì)中將采取以下構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)的抗震性能：

1)適當(dāng)提高底部加強(qiáng)區(qū)核心筒剪力墻，特別是在中震作用下抗剪相對(duì)比較薄弱和大震下?lián)p傷相對(duì)嚴(yán)重的墻肢，通過(guò)提高邊緣構(gòu)件配筋率及墻肢分布筋進(jìn)行加強(qiáng)，必要時(shí) 設(shè)置型鋼予以加強(qiáng)。

2)對(duì)大震下揭露出破壞相對(duì)較為嚴(yán)重的連體上下樓層核心筒剪力墻進(jìn)行加強(qiáng)，通過(guò)提高邊緣構(gòu)件配筋率及墻肢分布筋加強(qiáng)，必要時(shí)設(shè)置型鋼予以加強(qiáng)。

3)對(duì)塔樓與連體相連部位進(jìn)行加強(qiáng)。與連體桁架相連的框架柱采用型鋼混凝土柱，順桁架方向相連的框架梁采用型鋼混凝土梁，對(duì)應(yīng)核心筒部位增加鋼骨。

4)對(duì)中震和大震下揭露的樓板破壞情況進(jìn)行針對(duì)性加強(qiáng)。連體與塔樓連接部位、塔樓外側(cè)角部破壞比較嚴(yán)重的部位，配筋適當(dāng)加強(qiáng)及雙層雙向拉通。

Performance-based seismic design of super high rise connected structure in Zhanjiang Wanda Plaza

Wang Weiyi1Huang Zhuo2

(1.ChinaResourcesLandLimited,Shenzhen518001,China; 2.A+EDesignCo.,Ltd,Shenzhen518031,China)

Taking the super high rise connected structure of Zhanjiang Wanda Plaze as an example. The structural style is frame core tube which is connected by steel truss. The performance-based seismic design method is adopted to analyze and design the project. Combining with the proposed seismic performance objectives. The whole structure is analyzed by YJK and Midas Gen. The dynamic elastic-plastic analysis is carried out by Abaqus. The results show that the seismic performance of the structure meets the requirements of the code.

super high rise connected structure, seismic performance, wind load, tower

1009-6825(2017)15-0037-03

2017-03-13

王維一(1984- )，男，工程師

TU973

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