摘要 重慶華潤中心二期T5塔樓房屋高度為192.100 m，采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。針對塔樓存在超B級高度、高位轉(zhuǎn)換、剛度突變、豎向構(gòu)件不連續(xù)以及局部不規(guī)則等超限不規(guī)則項(xiàng)，通過小震彈性計(jì)算、中大震等效彈性計(jì)算，大震彈塑性時程補(bǔ)充計(jì)算，以及對穿層墻柱、局部斜撐、梁式轉(zhuǎn)換層典型節(jié)點(diǎn)等的專項(xiàng)計(jì)算分析，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足國家規(guī)范和抗震性能化設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)； 超高層； 高位轉(zhuǎn)換； 性能化設(shè)計(jì)

中圖分類號 TU973.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

1工程概況

重慶華潤中心二期項(xiàng)目位于重慶市九龍坡區(qū)，北鄰龍騰大道，西鄰謝家灣正街。本場地抗震設(shè)防烈度為6度（0.05g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為I1類，特征周期T_g=0.25 s。項(xiàng)目總建筑面積為503 923.37 m²。地上建筑包含T1～T5共5棟超高層塔樓，通過4層商業(yè)裙房相連；另有一棟2層幼兒園建筑。地下室層數(shù)為3層（局部4層）。

T2～T5塔樓情況基本相同，本文以T5塔樓為例進(jìn)行探討。T5塔樓地上58層，地下3層，房屋高度為192.100 m，包含4層裙房，裙房高度為24.800 m，采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級

由于本建筑建筑功能上、下分區(qū)，故將裙房商業(yè)及地下室的抗震設(shè)防類別設(shè)為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），安全等級為一級；塔樓住宅區(qū)設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類），安全等級為二級。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，建筑結(jié)構(gòu)防火等級為一級，設(shè)計(jì)使用年限為50年。

2.2嵌固端選取

T5塔樓嵌固端設(shè)置在LG層板面。塔樓周邊地下室擋墻的關(guān)系如圖1所示，根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時，應(yīng)避免在地下室頂板開設(shè)大洞口。本項(xiàng)目T5塔樓左側(cè)為汽車坡道出入口，為考慮頂板開洞對于塔樓嵌固的影響，比較開洞模型與不開洞模型洞口周邊豎向構(gòu)件在地下室頂板位置的水平變形情況［3］，可知開洞模型和不開洞模型，洞口周邊豎向構(gòu)件的X、Y 2個方向水平位移基本一致，說明開洞處豎向構(gòu)件及樓板能夠有效傳遞樓層水平力，開洞對嵌固作用影響可以忽略不記。

2.3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

T5號塔樓基礎(chǔ)采用嵌巖天然基礎(chǔ)，核心筒范圍為筏板基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)換柱、裙房框架柱及地下室相關(guān)范圍框架柱為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時滿足重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2016《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］計(jì)算的嵌巖深度要求。

2.4風(fēng)荷載體系系數(shù)

根據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［5］規(guī)定，本工程T5塔樓與周邊塔樓距離較近，風(fēng)環(huán)境復(fù)雜，需考慮建筑群之間的相互干擾，本項(xiàng)目通過數(shù)值風(fēng)洞分析確定用于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的風(fēng)壓分布及高層建筑間相互干擾下的風(fēng)荷載增大系數(shù)。

塔樓風(fēng)荷載體型系數(shù)采用建設(shè)單位提供的由重慶大學(xué)2019年3月完成的《重慶華潤中心二期項(xiàng)目風(fēng)洞數(shù)值模擬研究報告》［6］中的體型系數(shù)，該系數(shù)已考慮高層建筑群之間的相互干擾增大系數(shù)，如表1所示。

2.5結(jié)構(gòu)體系

T5塔樓5層板面以上住宅采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置見圖2；為滿足底部商業(yè)裙房及住宅架空層對大空間的要求，在架空層（4層頂）設(shè)置轉(zhuǎn)換層（轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面布置見圖3），形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

轉(zhuǎn)換層框支轉(zhuǎn)換主梁采用型鋼混凝土梁，框支梁主要截面為1 400 mm×2 500 mm（H2 000×300×35×35）、1 600 mm×2 500 mm（H2 000×300×35×35）；框支混凝土柱采用型鋼混凝土柱；樓板板厚為200 mm。混凝土等級均為C60。為避免轉(zhuǎn)換層局部降板對樓板傳遞水平力的不利影響，轉(zhuǎn)換層采用整體降400 mm的方式，以保證建筑使用功能（如廚房、衛(wèi)生間等）和設(shè)備轉(zhuǎn)管的要求。

轉(zhuǎn)換層及以下剪力墻采用普通鋼筋混凝土剪力墻，轉(zhuǎn)換層以上2層由于抗剪承載力需要在剪力墻內(nèi)設(shè)置鋼板形成鋼板混凝土剪力墻，同時在約束邊緣構(gòu)件區(qū)上2層設(shè)置過渡層，結(jié)構(gòu)抗震等級由特一級逐漸過渡到二級，剪力墻分布筋配筋率由0.4%過渡到0.25%。

2.6結(jié)構(gòu)規(guī)則性判斷

依據(jù)住建部《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》（2015年版）以及《重慶市超限高層建筑工程界定規(guī)定》（2016年版），本工程的超限情況判斷見表2。屬于超限高層建筑。

2.7抗震性能目標(biāo)

針對本工程結(jié)構(gòu)類型及不規(guī)則情況，設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和論證，依據(jù)JGJ 3-210《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（以下簡稱《高規(guī)》）》對整體計(jì)算選用C級性能目標(biāo)及相應(yīng)的抗震性能水準(zhǔn)， 不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能水準(zhǔn)要求見表3。

3多遇地震彈性分析

3.1多遇地震彈性反應(yīng)譜分析

本工程多遇地震作用下采用YJK1.9.3.2和Midas Building2019分別進(jìn)行多遇地震作用下的反應(yīng)譜計(jì)算。T5塔樓多遇地震反應(yīng)譜的主要計(jì)算結(jié)果見表4，綜合計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)周期和自重適中，剪重比、剛重比符合規(guī)范要求。位移角和軸壓比滿足規(guī)范的限值要求，構(gòu)件截面取值合理，結(jié)構(gòu)體系選擇恰當(dāng)。樓層側(cè)向剛度僅轉(zhuǎn)換層下一層（3層）與轉(zhuǎn)換層（4層）的比值小于90%，其余樓層與相鄰上層的側(cè)向剛度均大于90%，抗側(cè)剛度在3層有突變，屬于側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時將3層的地震剪力放大1.25倍，并將3、4層的框支柱箍筋全長加密，體積配箍率不小于1.2%；同時，對軟弱層進(jìn)行罕遇地震下的彈塑性變形驗(yàn)算及損傷分析，保證軟弱層的框支柱及剪力墻在罕遇地震作用下不會發(fā)生塑性破壞。

3.2多遇地震彈性時程分析

根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.1.2條的規(guī)定，選取I 1類場地上5組實(shí)際強(qiáng)震記錄（天然波一～天然波五）以及2組人工模擬的場地波進(jìn)行彈性時程分析，主方向地震波加速度峰值取0.18 m/s2，主方向與次方向的峰值加速度的比值為 1∶0.85。彈性時程分析的最大層間位移角及基底剪力詳見表5。

7組地震波作用下的結(jié)構(gòu)基底剪力均在振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算基底剪力的65%～135%范圍內(nèi)，7組地震波作用下的平均基底剪力在振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算基底剪力的80%～120%范圍內(nèi)，滿足《高規(guī)》4.3.5 條要求。在用反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算時，對各層地震剪力乘以不小于1.0的剪力調(diào)整系數(shù)，以保證各層按反應(yīng)譜方法計(jì)算的樓層剪力不小于彈性時程方法的平均值。

4設(shè)防地震等效彈性分析

按照抗震設(shè)防性能目標(biāo)的要求，采用等效彈性陣型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行設(shè)防地震彈性和設(shè)防地震不屈服計(jì)算，結(jié)合《高規(guī)》中不同抗震性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)要求的相關(guān)公式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能驗(yàn)算分析，取其與多遇地震彈性的包絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1整體參數(shù)計(jì)算結(jié)果

本工程進(jìn)行設(shè)防地震等效彈性分析，整體指標(biāo)計(jì)算結(jié)果表明，中震下X向最大層間位移角為1/574，Y向最大層間位移角為1/651，均滿足中震下結(jié)構(gòu)的層間位移角限值（1/319）。

等效彈性分析計(jì)算配筋結(jié)果表明，關(guān)鍵構(gòu)件及普通豎向構(gòu)件的縱筋、抗剪鋼筋（梁柱箍筋、墻水平筋）的配筋值均在合理范圍內(nèi)，沒有超筋現(xiàn)象，并且各構(gòu)件的剪壓比均滿足規(guī)范要求，框架梁、連梁的抗剪箍筋及抗彎縱筋也均在合理范圍內(nèi)，故按與小震彈性配筋結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)，能夠達(dá)到中震下的性能水準(zhǔn)3。

4.2中震小偏拉驗(yàn)算

中震時出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土構(gòu)件應(yīng)采用《高規(guī)》中規(guī)定的特一級構(gòu)造。按考慮雙向地震作用的中震等效反應(yīng)譜法進(jìn)行混凝土構(gòu)件的偏心受拉驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果顯示：僅5層板面～6層板面部分剪力墻墻肢出現(xiàn)拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力均未超過2倍ftk。本工程對5層板面～7層板面的墻肢無論是否受拉，均按特一級構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5罕遇地震等效彈性分析

按照抗震設(shè)防性能目標(biāo)的要求，采用等效彈性陣型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行罕遇地震彈性和罕遇地震不屈服計(jì)算，結(jié)合《高規(guī)》中不同抗震性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)要求的相關(guān)公式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能驗(yàn)算分析，取其與多遇地震、設(shè)防地震計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.1整體參數(shù)計(jì)算結(jié)果

本工程進(jìn)行罕遇地震等效彈性分析，整體指標(biāo)計(jì)算結(jié)果表明，中震下X向最大層間位移角為1/230，Y向最大層間位移角為1/271，均滿足罕遇地震下結(jié)構(gòu)的層間位移角限值（1/200）。

等效彈性分析計(jì)算配筋結(jié)果表明，關(guān)鍵構(gòu)件的縱筋、抗剪鋼筋（梁柱箍筋、墻水平筋）的配筋值均在合理范圍內(nèi)，沒有超筋現(xiàn)象，并且各構(gòu)件的剪壓比均滿足規(guī)范要求，故按與多遇地震、設(shè)防地震配筋結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)，能夠達(dá)到大震下的性能水準(zhǔn)4。

6罕遇地震彈塑性時程分析

采用SAUSAGE進(jìn)行罕遇地震動力彈塑性時程分析，選取了2組天然波和1組人工波，輸入主方向最大加速度為125 cm/s2，次方向?yàn)?06.3 cm/s2。為充分激勵建筑結(jié)構(gòu)，輸入的地震動有效持續(xù)時間不小于結(jié)構(gòu)基本周期的5倍和15 s。

6.1整體參數(shù)計(jì)算結(jié)果

3組地震波作用下結(jié)構(gòu)在X、Y 2個主方向頂層最大位移分別為0.512 m、0.360 m，結(jié)構(gòu)頂層典型水平位移時程曲線見圖4，水平位移不呈發(fā)散趨勢，結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下不致發(fā)生倒塌［8］。每組地震波作用下結(jié)構(gòu)的層間位移角及其對應(yīng)的樓層號見表6，X、Y方向各地震波對應(yīng)的結(jié)構(gòu)層間位移角曲線分別見圖5、圖6。結(jié)構(gòu)在X方向的層間位移角最大值為1/235，出現(xiàn)在36層；結(jié)構(gòu)在Y方向的層間位移角最大值為1/343，出現(xiàn)在44層。結(jié)構(gòu)在X、Y 2個方向?qū)娱g位移角均滿足抗震性能目標(biāo)1/200的限值要求。

6.2大震構(gòu)件性能分析

彈塑性分析模型采用小震、中震及大震性能設(shè)計(jì)的計(jì)算配筋，配筋取結(jié)構(gòu)計(jì)算與規(guī)范構(gòu)造的較大值。通過混凝土應(yīng)變、混凝土塑性損傷因子及鋼筋、鋼材的塑性應(yīng)變可以宏觀判斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性損傷情況，并按照一定的依據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷程度的判斷［9］。底部加強(qiáng)區(qū)墻體、框支梁（含轉(zhuǎn)換次梁）、框支柱的混凝土及塑性損傷因子及鋼筋塑性應(yīng)變，對關(guān)鍵構(gòu)件構(gòu)件損傷情況進(jìn)行評價，見圖7～圖9。對不滿足罕遇地震下抗震性能目標(biāo)要求的構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)以滿足預(yù)設(shè)的性能目標(biāo)要求。

按大震彈塑性時程分析結(jié)果對普通豎向構(gòu)件、耗能構(gòu)件、樓板等進(jìn)行塑性損傷評價，均能滿足相應(yīng)性能目標(biāo)要求。

7專項(xiàng)分析

7.1穿層剪力墻和框架柱穩(wěn)定性分析

L27～L28層由于建筑功能需要，存在2層通高的消防水箱間，故在28層的樓面開較大洞口，從而形成兩層通高（3.4+3.1=6.5 m）的剪力墻和框架柱。根據(jù)《高規(guī)》附錄D，提供的墻體穩(wěn)定驗(yàn)算方法，計(jì)算不同厚度剪力墻的穩(wěn)定承載力。同時采用采用軟件MIDAS GEN 2017，進(jìn)行穿層墻及穿層柱的彈性屈曲分析。綜合規(guī)范算法和軟件屈曲分析結(jié)果可知穿層剪力墻和框架柱穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

7.2斜撐受力分析

T5號塔樓東側(cè)靠近地下室外墻一側(cè)一根結(jié)構(gòu)柱因位于地下室外生化池上方而無法落地，由主體結(jié)構(gòu)懸挑8.5 m作為上部商業(yè)轉(zhuǎn)換；由于荷載較大，采用斜撐方案解決此樓層懸挑問題。

對斜撐及相鄰桿件按照中震抗剪彈性、抗彎不屈服及大震抗彎、抗剪不屈服進(jìn)行計(jì)算分析。配筋均在合理的范圍內(nèi)，按照包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，斜撐構(gòu)件能夠滿足所設(shè)定抗震性能設(shè)

計(jì)目標(biāo)的要求。

7.3梁式轉(zhuǎn)換層典型節(jié)點(diǎn)分析

為了進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換梁的安全性，采用ABAQUS分析軟件對梁式轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行彈塑性有限元分析，以確定轉(zhuǎn)換梁中材料是否滿足“中震彈性、大震不屈服”的設(shè)計(jì)目標(biāo)并分析受力的薄弱部位。

從分析結(jié)果可知框支框架及上部剪力墻墻肢能夠滿足中震抗剪彈性、抗彎不屈服以及大震抗彎抗剪不屈服的性能目標(biāo)，中震、大震下連梁端部混凝土開裂但未壓潰、鋼筋即將進(jìn)入屈服，連梁端部將率先出現(xiàn)塑性鉸。

8結(jié)束語

本工程屬于高度超限的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了小震彈性分析、小震彈性時程分析、中大震性能化分析、大震彈塑性驗(yàn)算以及專項(xiàng)分析。結(jié)果表明結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)整體滿足抗震性能目標(biāo)C的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全合理，得到了業(yè)主和超限專家認(rèn)可，并已順利通過重慶市超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查，詳細(xì)分析過程參見本項(xiàng)目超限報告［10］。

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