——龙光汕头世纪海岸 3#楼结构设计解析
广东现代建筑设计与顾问有限公司 广东省深圳市 518000
摘要：超高层剪力墙结构在现代建筑中应用越来越广泛，超限剪力墙结构的方案优选及薄弱构件的加强应引起足够重视。本文以龙光汕头世纪海岸 3#楼为例，解析高烈度地震区超高层剪力墙结构的计算分析及薄弱构件的加强处理。
关键词：高烈度地区；超高层；墙体受拉
Exploration on the design of super high level in high earthquake area
----Design and analysis of the No. 3 Building in Logan Shijihaian project
ZHANGcong
（Guangdong Modern Architecture Design and Consultancy Co.，LtdShenzhen，China 518000)
Abstract：The super-high-rise shear wall structure is more and more widely used in modern buildings. The optimization of the over-restricted shear wall structure
and the strengthening of the weak members should be paid enough attention. In this paper，takes the 3# building of Long Guang shantou Shijihaian as an example to analyze the calculation and analysis of the super high-rise shear wall structure in the high-intensity seismic zone and the strengthening treatment of weak components.
Key words：High intensity earthquake area，Supertall building，wall tensionanalysis
1、项目概况
该项目位于汕头市金平区海滨中路与东厦南路交界东南侧。地下室 2 层，作为车库和设备用房；地面以上 5 栋塔楼，其中 4 栋超高层住宅、1 栋超高层办公楼，附有多层商业裙楼。4 栋住宅塔楼均为地上 41 层，建筑高度为 132.2~135.35 米，采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构。目前该项目正在施工过程中，建筑效果图如下图 1。
Fig 1 architectural renderings
根据《建筑结构荷载规范》（DBJ-15- 101-2014）[3]，基本风压为 0.80 kN/m2，地面粗糙程度为B 类；根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）[2]，地震设防烈度 8 度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为 0.20 g；根据业主提供的地勘报告，本工程场地类别为Ⅲ类；本工程结构设计使用年限为 50 年，建筑结构安全等级为二级，建筑结构抗震设防类别为丙类。
2、结构体系
本工程 4 栋住宅用抗震缝将±0.000 以上分割为 4 个独立的超高层塔楼。本文以 3# 住宅塔楼为例进行结构设计解析，其建筑高度为 135.35 米，等效宽度为 16.9 米，等效高宽比为 8，结构存在扭转不规则、凹凸不规则，为超 B 级高度超高层建筑[1]。
3#住宅塔楼建筑平面图如下图 2 所示。
Fig. 2 Architectural Standaid Floor Plan
3#塔楼墙体厚度为 200mm ~600mm，混凝土等级为 C60~C40；±0.000 以上楼面结构采用现浇钢筋混凝土梁板体系，标准层板厚：100mm~180mm，梁 截 面：150x400~200x800，梁板混凝土等级为 C30。地下室顶板作为塔楼嵌固端，塔楼范围外地下室顶板采用无梁楼盖体系，板厚350mm；塔楼范围内地下室顶板采用梁板体系，板厚180mm[5]。
考虑到本项目的特点——地震设防烈度高、风荷载大、场地类别Ⅲ类、高宽比大，初步设计阶段，结构设计设置了较多的剪力墙，如下图 3、图 4 所示：
Fig. 4 Initial Design- Structural Floor Plan
根据初步设计结构布置计算，3#楼风荷载作用下位移角为：X：1/2610；Y：1/ 1154，地震作用下位移角为：X：1/929；Y：1/927。施工图设计阶段，由于业主对建筑功能的调整和房间灵活性分割的要求，部分隔墙位置无法布置剪力墙，经计算并与建筑工程师沟通后，调整的结构平面布置图如下图5 所示：
图 5 调整后-结构平面布置图
Fig. 5 Adjusted - Structural Floor Plan
根据施工图阶段结构布置计算，风荷载作用下位移角为：X：1/1945；Y：1/ 972，地震作用下位移角为：X：1/ 818；Y：1/ 850，满足规范位移角 1/800 的限值要求[4]。
3、结构分析与处理
3.1结构计算分析
本项目等效高宽比达到 8.0，且风荷载大，地震设防烈度高，小震计算采用两个不同的弹性分析程序 SATWE 和 MIDAS 进行地震、风荷载分析对比，互相校核结果表明两套计算软件结果基本吻合，小震各项指标均满足规范要求。
采用 SATWE 进行小震弹性时程分析，输入两组人工波和五组天然波，七条地震波，其基底剪力平均值接近小震振型分解反应 谱法结果，采取振型分解反应谱法和时程分 析的结果进行配筋包络设计[5]。
采用 SATWE、MATLAB、EXCEL 进行中震下构件应力分析，结果表明各个构件满足性能水准要求。采用 MIDAS 软件对楼板进行中震作用下应力分析，分析结果表明，楼板抗拉、压、剪应力均满足规范要求[5]。
采用PERFORM-3D 进行了结构在大震作用下的弹塑性动力时程分析。结果表明结构 在大震作用下连梁和框架梁会先后出现弯 曲塑性铰，而剪力墙在大震下出现钢筋屈服，但没有超过钢筋的极限拉应变，剪力墙中混 凝土部分压屈，但没有超过混凝土的极限压 应变。从宏观情况来看，耗能构件中度损伤，部分出现较严重损伤；竖向构件中度损伤；最大层间位移角小于 1/120，满足规范要求通过小震弹性分析、中震下构件应力分析、大震弹塑性分析以及各项专题的分析结果表明，本工程可以满足抗震性能水准的要求。
3.2存在问题及设计加强处理
经计算分析发现结构存在两个薄弱环节。
①在中震、大震作用下部分连梁出现较严重的剪切破坏，为保证“中震可修、大震不倒”的结构安全性，本工程在梁的薄弱处采取增设“一字抗剪钢板”的加强措施。一字抗剪钢板仅考虑抗剪作用，不参与梁抗弯计算，具体增设位置及钢板大样如图 6、图 7 所示：
Fig. 7 The Detail Of Steel Plate Reinforced Coupling Beam
经计算复核，增设”一字抗剪钢板”有 效提高了连梁和框架梁的抗剪性能[7]，连梁、框架梁均可满足性能水准“4”的要求。
②在中震、大震作用下，部分剪力墙端 部出现净拉应力，从而导致混凝土受拉破坏，而剪力墙是结构受力体系中最重要的构件，为了保证剪力墙在结构体系中有效发挥作用，应对剪力墙的混凝土进行受拉承载力验算。经计算复核发现结构在中震、大震作用下，底部楼层墙肢端部出现受拉现象，按照平截面假定，混凝土与钢筋在截面受拉时一起抵抗拉应力，提高边缘构件的配筋率，将钢筋面积以弹性模量比值换算为混凝土面积，计算截面抗拉能力[8]，在 2.5%的配筋率内均能满足墙体拉应力要求。
经计算复核，局部加强剪力墙的配筋率，可以提高剪力墙的抗拉性能，提高剪力墙的 承载力，确保在大震作用下剪力墙的有效功 能[6]。
4、结论
通过本工程设计实践，我有两点体会：
1、作为一名结构工程师，在项目设计前 期应尽早介入，主动与业主和建筑工程师沟 通，在保证建筑使用功能的前提下，尽量使 结构体系布置合理。在结构方案选择时尽量 避免或减少结构超限，在结构超限无法避免 时，应采用不同的结构软件进行多方案比选，优化结构设计方案，确保结构方案安全可靠，传力清晰，经济合理。
2、对于具有高烈度设防、Ⅲ类场地、风荷载大，高宽比大等特点的超 B 级高度超高层建筑，尤其应用不同的结构软件进行计算比较分析，找出结构的薄弱环节，进行进一步加强处理和验算，确保结构体系的整体安全。
就本工程而言，总结如下：
（1）对结构不利因素较多，整体结构 墙体偏少。
（2）结构连梁、框架梁在中震及大震 作用下受剪损伤严重时，增加一字抗剪钢板能有效提高连梁、框架梁抗剪刚度。
（3）底部墙肢出现拉应力时，采取提 高整体剪力墙墙身配筋、边缘构件配筋及边缘构件全截面配筋等措施，可以有效地提高剪力墙抵抗大震的能力。
参考文献：
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ 3- 2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010。[2] 建筑抗震设计规范：GB 50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010。
[3] 建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012。
[4]广东设标准高层建筑混凝土结构技术规程：（广东省标准）DBJ 15-92-20132[S].北京：中国建筑工业出版社，2013。
[5]滨港南片区 B-03-01 地块商品房项目超限高层建筑工程抗震设防审查报告[R]，2017。
[6]方小丹，李照林，韦宏，江毅.高配筋率边缘约束构件高强混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2011，32（12) ：145-153.。
[7]刘鑫. 钢板混凝土连梁抗剪性能试验与设计方法[D].沈阳建筑大学，2014。
[8]赵泉，王茜.高层剪力墙肢受拉分析与设计处理[J].有色金属设计，2017，44（02) ：50-53。
论文作者:张聪
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第25期
论文发表时间:2019/6/24
标签：结构论文; 剪力墙论文; 构件论文; 塔楼论文; 荷载论文; 烈度论文; 应力论文; 《建筑细部》2018年第25期论文;