郭 瑾

（廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510620）

1 工程概況

廣州某超高層住宅工程位于廣州市荔灣區(qū)，2D、2E棟共43層，高137.30 m，建筑面積約2萬m2。標(biāo)準(zhǔn)層層高3.1 m，首層層高6.7 m，避難層層高3.3 m。2D、2E棟標(biāo)準(zhǔn)層平面如圖1所示。

圖1 2D、2E棟標(biāo)準(zhǔn)層平面（單位：mm）

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程的設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)?？拐鹪O(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，Ⅱ類場(chǎng)地，50年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓為0.5 kN/m2，地面粗糙度類別為C類。塔樓及周邊外延兩跨框架和剪力墻的抗震等級(jí)如下：地下一層及以上為一級(jí)，首層標(biāo)高改變處為特一級(jí)，地下二層為二級(jí)，地下三層為三級(jí)。塔樓及周邊外延兩跨以外地下室抗震等級(jí)如下：地下一層為三級(jí)，地下二層及以下為四級(jí)。

由于地下室頂板較完整且無開洞，結(jié)構(gòu)嵌固端取在首層。

3 結(jié)構(gòu)布置及性能目標(biāo)

3.1 結(jié)構(gòu)布置

本工程塔樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，屬B級(jí)高度高層建筑。2D、2E棟高寬比為6.1:1，平面呈“L”形，長(zhǎng)寬比為1.22:1。塔樓投影范圍內(nèi)地下一層及首層采用梁板結(jié)構(gòu)，塔樓投影范圍以外采用加腋大板。剪力墻底部樓層墻厚550～300 mm，中部樓層墻厚300～250 mm，頂部樓層墻厚為300～200 mm。主要框架梁截面為（200 mm×600 mm）～（300 mm×600 mm），次梁主要截面為（200 mm×400 mm）～（200 mm×600 mm）。塔樓核心筒區(qū)域采用現(xiàn)澆樓蓋，其他區(qū)域主要采用鋼筋桁架樓承板。

3.2 結(jié)構(gòu)超限情況及性能目標(biāo)

2D、2E棟主體結(jié)構(gòu)高度137.30 m，屬B級(jí)高度超高層建筑，除高度超限外主要有扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（考慮偶然偏心的結(jié)構(gòu)最大扭轉(zhuǎn)位移比均為1.36）、凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù)等3項(xiàng)超限項(xiàng)[1-3]。

本項(xiàng)目抗震性能目標(biāo)為C級(jí)。

4 專項(xiàng)分析

4.1 樓板應(yīng)力分析

針對(duì)樓板凹凸不規(guī)則的情況，分別對(duì)在小、中、大震作用下對(duì)樓板應(yīng)力進(jìn)行分析。分析表明，各單體在常遇地震下，除個(gè)別應(yīng)力集中區(qū)域外，樓板拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值不大于混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，樓板剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值不大于混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，樓板抗彎抗剪均為彈性；在設(shè)防烈度地震作用下，除個(gè)別應(yīng)力集中區(qū)域外，樓板拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值不大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，樓板剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值不大于混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，樓板抗彎不屈服，抗剪為彈性；在罕遇地震作用下，除個(gè)別應(yīng)力集中區(qū)域外，樓板剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值均小于混凝土抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，樓板抗剪不屈服。

4.2 2D棟大震剪力傳遞分析

如圖1所示，將2D棟分為3個(gè)分塊，分別計(jì)算豎向構(gòu)件與地震作用方向正交（簡(jiǎn)稱基本模型）以及平面主軸與地震作用方向正交（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)角模型）兩個(gè)模型，并分別計(jì)算各分塊承擔(dān)的X向及Y向的剪力占樓層總剪力的比例（簡(jiǎn)稱剪力占比）及各分塊的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值占樓層總重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值的比例（簡(jiǎn)稱重力占比），并計(jì)算各分塊剪力占比與重力占比的比值，若此比值接近于1，則認(rèn)為該分塊僅承擔(dān)分塊內(nèi)的剪力，若此比值大于1，則認(rèn)為該分塊承擔(dān)了其余分塊的剪力，各分塊之間發(fā)生了剪力傳遞。計(jì)算及分析結(jié)果如表1至表3所示，分析結(jié)果表明：對(duì)于基本模型，剪力傳遞主要發(fā)生在分塊一與分塊二之間，對(duì)應(yīng)樓板應(yīng)力分析中該處應(yīng)力增大；對(duì)于轉(zhuǎn)角模型Y向，核心筒承擔(dān)了更多的剪力，對(duì)應(yīng)樓板應(yīng)力分析中該處應(yīng)力增大。

表1 各分塊重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值占比

表2 剪力傳遞分析結(jié)果

表3 轉(zhuǎn)角模型剪力傳遞分析結(jié)果

5 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

5.1 小震彈性分析

2D、2E棟采用YJK及Etabs軟件進(jìn)行計(jì)算，由于2D、2E棟的結(jié)構(gòu)具有較多斜交抗側(cè)力構(gòu)件，因此增加了轉(zhuǎn)39.28°角模型和未轉(zhuǎn)角模型數(shù)據(jù)對(duì)比，在振型參與系數(shù)達(dá)到90%的情況下，對(duì)比模型的總質(zhì)量、前三階自振周期等偏差均在8%以下，反應(yīng)譜計(jì)算的基底剪力、傾覆彎矩偏差均在15%以下，對(duì)比模型的質(zhì)量、周期、剪力、剪重比、位移形態(tài)等數(shù)值基本一致，各項(xiàng)指標(biāo)在規(guī)范合理限值范圍內(nèi)，剪力墻、框架梁、連梁配筋均較為合理。

5.2 彈性動(dòng)力時(shí)程分析

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）[2]4.3.4條和4.3.5條，對(duì)2D、2E棟進(jìn)行了常遇地震下的彈性時(shí)程分析。按地震波選取三要素，選?、蝾悎?chǎng)地7條地震波（5條天然波，2條人工波）進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)針對(duì)斜交抗側(cè)力構(gòu)件建立了轉(zhuǎn)角模型，主方向地震波加速度峰值取35 cm/s2。各模型的計(jì)算結(jié)果均表明，結(jié)構(gòu)多組時(shí)程曲線的平均地震響應(yīng)系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上是相同的，在結(jié)構(gòu)前三階自振周期位點(diǎn)上的地震波加速度反應(yīng)譜與規(guī)范譜相差小于20%，各對(duì)比模型的每條時(shí)程曲線兩個(gè)方向計(jì)算所得的時(shí)程分析法基底最大總剪力與振型分解反應(yīng)譜法基底最大總剪力的比值均在65%～135%，每組時(shí)程曲線計(jì)算所得基底平均剪力與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算所得平均剪力的比值在80%～120%。各單體基底剪力滿足《高規(guī)》4.3.5條的要求，小震彈性設(shè)計(jì)時(shí)各層剪力按振型分解反應(yīng)譜法與時(shí)程分析法取包絡(luò)設(shè)計(jì)。

5.3 性能設(shè)計(jì)

采用YJK軟件對(duì)2D、2E棟進(jìn)行了小震彈性、中震彈性、中震不屈服下的受力分析，并對(duì)大震抗剪截面、底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻大震抗剪不屈服進(jìn)行了驗(yàn)算。小震彈性計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)滿足小震彈性的設(shè)計(jì)要求。對(duì)結(jié)構(gòu)中部樓層個(gè)別連梁抗剪截面不滿足要求的，采用強(qiáng)剪弱彎復(fù)核配筋。對(duì)小震彈性和中震彈性豎向構(gòu)件水平筋進(jìn)行比較，剪力墻水平筋、豎向構(gòu)件抗剪箍筋主要為小震控制，為滿足性能要求，取包絡(luò)設(shè)計(jì)。對(duì)小震彈性和中震不屈服豎向構(gòu)件配筋、剪力墻連梁、框架梁縱向配筋進(jìn)行比較，配筋結(jié)果有小震控制，也有中震不屈服控制，為了滿足性能要求，取包絡(luò)設(shè)計(jì)。對(duì)各單體豎向構(gòu)件進(jìn)行大震抗剪截面驗(yàn)算，構(gòu)件剪壓比滿足限值與性能要求。底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻水平分布筋配置滿足大震抗剪不屈服的要求。

采用YJK軟件以2D棟為代表對(duì)墻肢分別進(jìn)行了風(fēng)荷載作用下、常遇地震作用下、設(shè)防烈度地震作用下的受拉分析，根據(jù)墻肢受拉分析驗(yàn)算結(jié)果，將墻肢拉應(yīng)力與2 ftk對(duì)比，取首層為代表，如表4所示，對(duì)出現(xiàn)偏拉的墻肢，通過提高墻肢的配筋率來滿足中震下性能設(shè)計(jì)的要求[4]。

表4 墻肢受拉驗(yàn)算

5.4 彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析

采用PKPM-SAUSAGE軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，各單體選用1條人工波，2條天然波，地震波主方向峰值220 cm/s2，次方向峰值187 cm/s2，由于結(jié)構(gòu)存在強(qiáng)弱方向區(qū)分，故每條地震波各選取X、Y方為結(jié)構(gòu)主方向。2D棟的結(jié)構(gòu)前三階自振周期分別為3.848 s、2.988 s、2.038 s，模型大震彈塑性最大剪力為小震CQC法基底剪力的4.57～6.66倍，大震彈塑性最大層間位移角在1/174～1/490，滿足1/120的限值要求。對(duì)于2D棟轉(zhuǎn)角模型，其結(jié)構(gòu)前三階自振周期分別為3.821 s、2.971 s、2.048 s，模型大震彈塑性最大剪力為小震CQC法基底剪力的4.44～6.16倍，大震彈塑性最大層間位移角在1/148～1/422，滿足1/120的限值要求。罕遇地震作用下兩個(gè)方向結(jié)構(gòu)各樓層的層間位移角、層位移曲線相對(duì)平滑，無明顯突變，位移角在中部樓層最大，位移曲線為彎曲型，與小震彈性階段曲線分析趨勢(shì)一致，說明結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后的剛度分布較為合理，沒有出現(xiàn)明顯的薄弱層。彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析過程中，塑性鉸最先出現(xiàn)在連梁上，然后出現(xiàn)在連接剪力墻的框架梁上。在大震作用下，部分連梁損壞嚴(yán)重，說明在大震作用下該區(qū)域連梁剛度退化明顯，連梁發(fā)揮了預(yù)期的耗能作用；在大震作用下，剪力墻能夠保證結(jié)構(gòu)整體完整，除個(gè)別部位產(chǎn)生重度損壞以外，均保持在輕度損壞及輕度損壞以下，滿足C級(jí)抗震性能要求，結(jié)構(gòu)可行且安全[5]。

6 結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施

根據(jù)超限分析結(jié)果，提出以下結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施。

根據(jù)各水準(zhǔn)性能分析結(jié)果，底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻豎向分布鋼筋的配筋率0.30%，同時(shí)各構(gòu)件根據(jù)性能水準(zhǔn)，取包絡(luò)設(shè)計(jì)。

針對(duì)平面凹凸不規(guī)則，在凹凸位置利用電梯井與樓梯間布置相對(duì)完整的筒體，改善平面薄弱部位的受力性能，同時(shí)采用YJK軟件對(duì)樓板在小、中、大震下樓板受力進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了大震剪力傳遞分析，表明樓板處于良好的工作狀態(tài)，可以保證結(jié)構(gòu)的整體性。

針對(duì)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，計(jì)算采用考慮扭轉(zhuǎn)耦連、偶然偏心等空間計(jì)算模型進(jìn)行多軟件的受力對(duì)比分析，并將全樓角部剪力墻設(shè)置為約束邊緣構(gòu)件。

7 結(jié)語

綜上所述，2D、2E棟已經(jīng)超過A級(jí)高度120 m，為B級(jí)高度超高層建筑，存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù)等3項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)。本文針對(duì)不規(guī)則項(xiàng)進(jìn)行了小震對(duì)比分析、小震彈性時(shí)程分析、性能設(shè)計(jì)、樓板傳力分析、大震動(dòng)力彈塑性分析等，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)相關(guān)構(gòu)件采取了相應(yīng)的加強(qiáng)措施，分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)可滿足規(guī)范的有關(guān)要求，達(dá)到C級(jí)抗震性能要求，結(jié)構(gòu)可行且安全。