劉云浪，李建偉，陳有仲，寧 旭，凌振杰，張 鑫

（悉地國(guó)際設(shè)計(jì)顧問(wèn)（深圳）有限公司 深圳 518048）

1 工程概況

深業(yè)中城項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)紅荔西與農(nóng)園路交匯處。項(xiàng)目總占地面積為36 115 m2，總建筑面積為350 440 m2。該項(xiàng)目由4 層地下室、4 層裙房及5 棟高層塔樓組成。其中，1 號(hào)樓為150.300 m 超高層住宅（46 層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為 3.150 m），2 號(hào)樓為 99.650 m 高層住宅（30 層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.150 m），3 號(hào)樓為99.650 m 高層住宅（30 層，標(biāo)準(zhǔn)層層高 3.150 m），6A號(hào)樓為185.200 m 辦公和公寓（44 層，辦公標(biāo)準(zhǔn)層層高 4.200 m，公寓標(biāo)準(zhǔn)層層高 3.600 m），6B 號(hào)樓為159.150 m 酒店和公寓（42 層，標(biāo)準(zhǔn)層層高 3.600 m），效果圖如圖1所示。其中，1 號(hào)樓、6A 號(hào)樓、6B 號(hào)樓屬于超限高層建筑，以下將主要對(duì)該3 棟塔樓進(jìn)行描述。

圖1 建筑效果圖Fig.1 Architectural Rendering View

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1 號(hào)樓為剪力墻結(jié)構(gòu)。底部標(biāo)準(zhǔn)層平面為T(mén) 字形，39～47 層剪力墻內(nèi)收后為矩形；塔樓高寬比6.32。存在高度超限、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、尺寸突變等多項(xiàng)超限情況［1-3］。結(jié)構(gòu)構(gòu)成及典型平面圖如圖2所示。

6A 號(hào)樓為框架-核心筒結(jié)構(gòu)。底部標(biāo)準(zhǔn)層平面為矩形40.7 m×41.2 m，整體高寬比為4.55；首層核心筒尺寸為20.1 m×25 m，核心筒高寬比為9.21。39 層～44層?xùn)|側(cè)柱子內(nèi)退7 m，在38 層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。底部存在通高24 m 躍層柱。存在高度超限、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向構(gòu)件不連續(xù)、躍層柱等多項(xiàng)超限情況［1-3］。結(jié)構(gòu)構(gòu)成及典型平面圖如圖3所示。

6B 號(hào)樓為框架-核心筒結(jié)構(gòu)。底部標(biāo)準(zhǔn)層平面為矩形29.0 m×50.0 m，整體的高寬比為5.49；核心筒長(zhǎng)扁形，首層核心筒尺寸為10.4 m×26.8 m，核心筒高寬比為15.30，核心筒設(shè)計(jì)為雙筒，筒間距為6.6 m。29 層?xùn)|側(cè)剪力墻轉(zhuǎn)換為框架柱。6B 塔樓存在高度超限、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)等多項(xiàng)超限情況［1-3］。結(jié)構(gòu)構(gòu)成及典型平面圖如圖4所示。

主要針對(duì)以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)上部樓層豎向收進(jìn)、躍層柱、雙筒間連系梁、墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了專項(xiàng)分析。

圖2 1 號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Illustration of Tower 1 structure

圖3 6A 號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Illustration of Tower 6A Structure

3 上部樓層剪力墻內(nèi)收分析

1 號(hào)樓結(jié)構(gòu)在39 層～47 層剪力墻內(nèi)收，通過(guò)分析剪力墻內(nèi)收結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱“內(nèi)收結(jié)構(gòu)”）和不內(nèi)收結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱“不內(nèi)收結(jié)構(gòu)”）（見(jiàn)圖5）的樓層剛度比、樓層剪力、層間位移角以及剪力墻內(nèi)力等，以評(píng)估上部8 層剪力墻局部?jī)?nèi)收對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

圖4 6B 號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Illustration of Tower 6B Structure

圖5 內(nèi)收結(jié)構(gòu)和不內(nèi)收結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Illustration of Vertical Setback or Not

3.1 樓層剛度比

內(nèi)收結(jié)構(gòu)在39 層剪力墻內(nèi)收層剛度有小突變，主要為豎向構(gòu)件消失所致，但總體能保證結(jié)構(gòu)的剛度較平穩(wěn)過(guò)渡。樓層剛度比曲線如圖6所示。

圖6 樓層剛度比曲線Fig.6 Illustration of Story Lateral Stiffness Ratio

3.2 樓層剪力

由于不內(nèi)收結(jié)構(gòu)剛度增加、質(zhì)量增加，導(dǎo)致樓層的地震剪力增加，X 向約增加10%～12%，Y 向增加5%～10%。內(nèi)收結(jié)構(gòu)在39 層剛度及質(zhì)量均有突變，因此39 層樓層剪力略有突變，但總體變化平緩。樓層剪力曲線如圖7所示。

圖7 樓層剪力曲線Fig.7 Illustration of Story Shear

3.3 最大層間位移角

內(nèi)收結(jié)構(gòu)Y 向最大層間位移角較為敏感，主要表現(xiàn)在39 層剛度突變減弱后，Y 向最大層間位移角突然增加。在地震作用下，結(jié)構(gòu)X 向最大層間位移角相當(dāng)；在風(fēng)荷載作用下，不內(nèi)收結(jié)構(gòu)X 向最大層間位移角均比內(nèi)收結(jié)構(gòu)大，主要是由于39 層以上受風(fēng)面積加大導(dǎo)致風(fēng)荷載增加所致。內(nèi)收結(jié)構(gòu)與不內(nèi)收結(jié)構(gòu)最大層間位移角曲線如圖8所示。

圖8 最大層間位移角曲線Fig.8 Illustration of Inter-story Drift Angles

3.4 剪力墻內(nèi)力

選取非內(nèi)收區(qū)Q1 和內(nèi)收取Q2 兩片剪力墻（見(jiàn)圖9）相鄰層剪力進(jìn)行分析。如圖10所示，在地震作用下，剪力墻內(nèi)收后，非內(nèi)收區(qū)墻肢（往上延伸墻肢）Q1剪力在內(nèi)收樓層發(fā)生剪力突變，39 層墻肢剪力是38層墻肢剪力的2 倍；39 層以上墻肢剪力比不內(nèi)收結(jié)構(gòu)大，最大增幅約50%，38 層及以下墻肢剪力比不內(nèi)收結(jié)構(gòu)小，最大降幅約45%，且越靠近內(nèi)收樓層影響越大。剪力墻內(nèi)收后，內(nèi)收區(qū)墻肢（39 層取消的墻肢）Q2在38 層及以下墻肢剪力比不內(nèi)收結(jié)構(gòu)大，約為不內(nèi)收結(jié)構(gòu)的1.9 倍，且越靠近內(nèi)收樓層影響越大。結(jié)合性能化設(shè)計(jì)，對(duì)該區(qū)域剪力墻進(jìn)行了加強(qiáng)。

圖9 選取典型剪力墻示意圖Fig.9 Illustration of Typical Shear Wall

圖10 地震作用下剪力墻剪力分布圖Fig.10 Shear Distribution of Shear Wall under Earthquake

4 躍層柱分析

為滿足建筑效果和大使用空間的需要，6A 號(hào)樓底部8 顆（占比50%）存在跨4 層（24 m）的通高躍層柱。

4.1 計(jì)算長(zhǎng)度

由于相鄰樓蓋對(duì)躍層柱存在有限約束，本工程采用歐拉公式反算構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度的方法［8］進(jìn)行復(fù)核，初始軸力為32475 kN，臨界系數(shù)為21.1，臨界荷載為68 5231 kN，抗彎剛度為 1.28×107kN·m2，幾何長(zhǎng)度為24 m，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為0.57。按歐拉公式反算構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)0.57＜1.0，偏安全按規(guī)范1.0 取值。

4.2 墻柱內(nèi)力

為考察躍層柱的影響，建立躍層柱結(jié)構(gòu)模型（以下簡(jiǎn)稱“躍層結(jié)構(gòu)”）與非躍層柱結(jié)構(gòu)模型（以下簡(jiǎn)稱“非躍層結(jié)構(gòu)”），進(jìn)行比較分析，兩結(jié)構(gòu)模型樓層剪力相當(dāng)。躍層柱Z1 與非躍層柱Z2、剪力墻Q1 與Q2（如圖11所示）等構(gòu)件剪力分配如圖12、圖13所示。

圖11 選取典型墻柱示意圖Fig.11 Illustration of Typical Walls and Column

圖12 地震作用下剪力墻剪力分布圖Fig.12 Shear Distribution of Shear Wall under Earthquake

圖13 地震作用下柱剪力分布圖Fig.13 Shear Distribution of Column under Earthquake

柱躍層后，躍層柱承擔(dān)剪力減小，樓層部分剪力轉(zhuǎn)移到了同層剪力墻和非躍層柱上，同層剪力墻和非躍層柱剪力增大。剪力墻在1～4 層剪力增大3%～11%，躍層柱Z1 在1～4 層柱剪力減小26%～87%，非躍層柱Z1 在1～4 層柱剪力增大3%～17%。結(jié)合性能化設(shè)計(jì)，對(duì)1～4 層非躍層的墻柱進(jìn)行抗剪加強(qiáng)。

5 雙筒間連系梁分析

6B 號(hào)樓雙筒間連系梁長(zhǎng)6.6 m，梁高700 mm，跨高比9.4。分別定義為框架梁和連梁以評(píng)估對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。建立按框架梁定義的結(jié)構(gòu)模型（以下簡(jiǎn)稱“框架梁模型”）與按連梁定義的結(jié)構(gòu)模型（以下簡(jiǎn)稱“連梁模型”），框架梁結(jié)構(gòu)與連梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)分別按如下設(shè)定：框架梁中梁剛度2.0，連梁剛度折減0.7。

5.1 模態(tài)及樓層剪力

框架梁模型和連梁模型主要對(duì)X 向指標(biāo)和內(nèi)力影響較大，對(duì)Y 向幾無(wú)影響。由于連梁剛度調(diào)整影響，連梁模型X 向剛度較弱，周期延長(zhǎng)約6%，同時(shí)X 向樓層剪力減小。結(jié)構(gòu)模態(tài)如表1所示，樓層剪力如圖14所示。

表1 結(jié)構(gòu)模態(tài)Tab.1 Table of Structural Modal

圖14 樓層剪力曲線Fig.14 Illustration of Story Shear

5.2 構(gòu)件內(nèi)力

在X 向地震作用下，連系梁內(nèi)力在框架梁模型中比在連梁模型中大，彎矩增大28%～86%，剪力增大18%～76%，低區(qū)較高區(qū)增大幅度更為明顯；與連系梁相鄰的雙筒內(nèi)連梁內(nèi)力在框架梁模型中較大，增加幅度約4%；與連系梁相鄰的剪力墻內(nèi)力增加2%～13%，越靠近連系梁的剪力墻影響越大。連系梁跨高比9.4，且框架梁模型各構(gòu)件內(nèi)力較大，根據(jù)包絡(luò)思想，該連系梁偏安全按框架梁設(shè)計(jì)。在地震作用下該梁彎矩及剪力均較大，表現(xiàn)出連梁受力特征，故該梁箍筋采取通長(zhǎng)加密配置。該梁滿足設(shè)防地震下受剪不屈服的要求，且經(jīng)大震動(dòng)力彈塑性分析，該梁 20%在 LS 階段［5，9］以內(nèi)，80%在 IO 階段［5，9］以內(nèi)，滿足性能目標(biāo)要求［10］。

6 墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)分析

6B 號(hào)樓東側(cè)由于功能改變，在29 層開(kāi)始電梯筒不再上升，為保證使用面積最大化，方案要求在29 層以上東側(cè)核心筒剪力墻轉(zhuǎn)換成兩顆柱。為保證內(nèi)力有效傳遞，將柱往28 層延伸一層作為墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)過(guò)渡段。墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)三維示意如圖15所示。

在保證構(gòu)件滿足按規(guī)范設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上，為研究復(fù)雜的墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力擴(kuò)散情況，把墻柱節(jié)點(diǎn)單獨(dú)取出，采用通用有限元軟件Abaqus 進(jìn)行在重力荷載作用下的有限元應(yīng)力分析。為消除邊界條件對(duì)節(jié)點(diǎn)受力的影響，計(jì)算范圍取相鄰1～2 跨，上下延伸兩層作為子結(jié)構(gòu)分析模型，子結(jié)構(gòu)以上恒載、活載按實(shí)際加載至節(jié)點(diǎn)，保證子結(jié)構(gòu)不丟失荷載。采用實(shí)體單元模型，在交界區(qū)域的剖分尺寸控制在0.15 m。柱截面尺寸700 mm×2 000 mm，墻截面厚 400 mm，C50 混凝土。實(shí)體模型三維示意如圖16所示，應(yīng)力云圖如圖17所示。

圖15 墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)三維示意圖Fig.15 Illustration of Shear Wall Change into Columns

圖16 實(shí)體模型三維示意圖Fig.16 Illustration of Solid Model

圖17 應(yīng)力云圖Fig.17 Illustration of Stress

在1.35 恒+0.98 活組合工況下，與柱根相交部位墻體最大壓應(yīng)力為22 MPa，其它部分應(yīng)力小于19 MPa；柱在截面1、截面2、截面3 處的軸力分別為23 910 kN、19 210 kN、13 860 kN，根據(jù)這 3 個(gè)截面的軸力分布可以看出，上部柱的軸力往墻體擴(kuò)散，截面3 處擴(kuò)散程度為58.5%。墻柱交界區(qū)域，在重力荷載代表值作用下墻最大軸壓比為0.41＜0.5，滿足規(guī)范要求。上柱應(yīng)力水平較高，墻上起柱的柱根部位壓應(yīng)力集中，但不大于混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。經(jīng)大震動(dòng)力彈塑性分析，墻轉(zhuǎn)柱位置，28 層剪力墻剪切應(yīng)變發(fā)生突變，按小震、中震配筋基礎(chǔ)上，28 層剪力墻配筋率需提高至0.35%。

7 結(jié)語(yǔ)

深業(yè)中城項(xiàng)目從方案到施工圖設(shè)計(jì)，歷經(jīng)一年多，經(jīng)過(guò)廣東省超限審查委員會(huì)的論證，于2015年10月通過(guò)了廣東超限審查，目前已封頂。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的研究和分析，得出如下結(jié)論：

⑴結(jié)構(gòu)布置合理，針對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取對(duì)應(yīng)加強(qiáng)措施，滿足結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)要求。

⑵分析了上部樓層豎向收進(jìn)后，對(duì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)及相鄰構(gòu)件內(nèi)力的影響，并采取了加強(qiáng)措施。

⑶復(fù)核了躍層柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，并對(duì)躍層區(qū)構(gòu)件內(nèi)力進(jìn)行了分析，并據(jù)此對(duì)躍層樓層的非躍層墻柱進(jìn)行抗剪加強(qiáng)。

⑷分析了雙筒間連系梁的受力特點(diǎn)，并采取合適計(jì)算模型和加強(qiáng)措施。

⑸對(duì)墻轉(zhuǎn)柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布進(jìn)行了分析，并有針對(duì)性采取加強(qiáng)措施。