某超高層剪力墻結(jié)構(gòu)設計

楊勝志，馮健

（青島騰遠設計事務所有限公司，山東青島266000）

1 工程概況

本項目位于山東省青島市，地上建筑面積約6×104m2，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，屋頂標高165.4m。平面尺寸65m×20m，結(jié)構(gòu)高寬比偏大，屬于超B級高度結(jié)構(gòu)。

本項目平面為2個矩形平面疊加在一起，如圖1所示，重疊區(qū)域最小凈寬度為19m，平面不規(guī)則類型屬于角部重疊型。重疊區(qū)大部分樓板因電梯及樓梯開洞，導致重疊區(qū)連接較薄弱，因此，在重疊區(qū)布置較多剪力墻以補強重疊區(qū)的剛度。

首層存在局部剪力墻不落地，需要托轉(zhuǎn)，屬于局部轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)建筑平面，交通核范圍設置剪力墻，交通核范圍之外，橫向填充墻位置設置剪力墻，縱向在窗間墻位置設置剪力墻，2個方向墻的長度及墻的數(shù)量保證2個方向結(jié)構(gòu)剛度接近[1]。本項目結(jié)構(gòu)布置較規(guī)則，傳力方式較明確。

圖1結(jié)構(gòu)平面圖

3 結(jié)構(gòu)計算分析

青島50年重現(xiàn)期基本風壓為W0=0.60kPa，地面粗糙度類別為B類。體形系數(shù)按照規(guī)范要求應為1.4?？紤]周邊建筑的互相干擾因素和角部重疊的平面不規(guī)則，風載體型系數(shù)按規(guī)范體型系數(shù)放大1.1倍取值，取1.54。

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》，本場區(qū)抗震設防烈度按7度考慮，設計基本地震加速度為0.1g，地震設計分組為第三組，場地土類別為Ⅱ類，特征周期值為0.45s。

3.1 不規(guī)則類型及性能目標

本項目塔樓高度超過B級高度高層建筑150m限值，屬于高度超限高層建筑。本項目存在的不規(guī)則類型有：（1）角部重疊型的平面，屬于平面不規(guī)則；（2）位移角大于1.2，屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；（3）局部2片剪力墻在首層大堂不落地，屬于局部轉(zhuǎn)換。本工程設定結(jié)構(gòu)抗震性能目標為C級。

3.2 小震彈性計算

結(jié)構(gòu)計算的整體指標如表1所示。

表1 SATWE和MIDAS Building計算結(jié)果比較

計算結(jié)果表明，2個軟件前六階周期基本吻合，振動模態(tài)基本一致，第一扭轉(zhuǎn)周期/第一平動周期=0.706，符合規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應較小。結(jié)構(gòu)計算所得剛重比=1.4，小于規(guī)范2.7限值要求，需考慮重力二階效應。

3.3 小震彈性時程計算

按照地震波選取三要素：頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時間，并滿足多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響曲線在統(tǒng)計意義上相符的要求。選取II類場地（特征周期T=0.45s）上2組實際地震波和一組人工模擬的場地波進行彈性時程分析。

由時程分析結(jié)果，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結(jié)果的65%，3條時程分析計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于振型分解反應譜法計算結(jié)果的80%，說明所選地震波滿足規(guī)范要求。

3條地震波的樓層剪力包絡值在部分樓層大于規(guī)范反應譜值，因此，應對規(guī)范反應譜進行放大，放大系數(shù)取1.12[2]。

3.4 中震計算

3.4.1 中震彈性

根據(jù)計算結(jié)果，框支柱、框支梁抗剪彈性、抗彎彈性，底部加強區(qū)剪力墻抗剪彈性，非底部加強區(qū)剪力墻抗剪彈性，可滿足中震彈性的性能目標。

3.4.2 中震不屈服

根據(jù)計算結(jié)果，個別框架梁及連梁構(gòu)件抗彎屈服，框架梁及連梁抗剪均不屈服，底部加強區(qū)及非底部加強區(qū)剪力墻抗彎不屈服，可滿足中震不屈服的性能目標。

對相應構(gòu)件按照中振彈性、中震不屈服和小震彈性計算結(jié)果進行包絡設計，即可實現(xiàn)中震作用下構(gòu)件抗震性能目標。

3.5 動力彈塑性計算

本工程采用PKPM-SAUSAGE軟件進行動力彈塑性設計。計算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)彈塑性位移及層間位移角曲線較光滑，無明顯突變，表明各層剛度分布較均勻無明顯的薄弱層。大震作用下3條波層間位移角最大值為1/184，滿足規(guī)范限值要求。在考慮重力二階效應條件下，在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)最大頂點位移為65.6cm，滿足“大震不倒”的設防要求。

從塑性損傷情況來看，連梁及部分框梁在大震作用下?lián)p傷較為嚴重，成為主要的耗能構(gòu)件，剪力墻損傷較小，僅有少數(shù)墻肢在截面尺寸變化處發(fā)生受壓損傷，符合“強柱弱梁”的設計原則。底部加強區(qū)的剪力墻、框支梁、框支柱均未產(chǎn)生塑性損傷。

樓板開洞周圍出現(xiàn)輕度受壓損壞，損傷范圍小于樓板寬度的50%。根據(jù)樓板損傷情況，采取加厚樓板及提高樓板配筋率的措施，以提高局部樓板的承載力。

4 結(jié)論

本項目為超B級高度的超高層建筑，存在角部重疊的平面不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則及局部轉(zhuǎn)換等不規(guī)則類型。

針對超B級高度高層結(jié)構(gòu)，采取提高抗震構(gòu)造的加強措施，底部加強區(qū)剪力墻抗震構(gòu)造措施提高至特一級。通過增大構(gòu)件的縱筋配筋率及體積配箍率，提高構(gòu)件的延性；對局部轉(zhuǎn)換的框支梁、框支柱內(nèi)設型鋼，提高構(gòu)件延性，并按中震彈性、大震不屈服設計；對于較薄弱的角部重疊區(qū)域增設剪力墻，形成封閉筒體，開洞周邊板厚加厚，配筋率加大。

通過抗震性能設計及采取增加結(jié)構(gòu)延性的措施，實現(xiàn)了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標。