（深圳大学建筑设计研究院有限公司 518000）
[摘 要] 福建中航城·天玺住宅塔楼地面以上47层，总高144.15米，高宽比为5.8，采用全落地剪力墙结构体系。通过合理地配置剪力墙，形成束筒效应，有效提高了整体结构抗侧及抗扭刚度；对关键构件、弱连接楼盖进行深入细致的计算分析，以保证工程的安全性和合理性。对其它超高层住宅建筑具有一定的借鉴作用。
[关键词] 剪力墙束筒结构 超高层住宅
1 工程概况
本项目位于晋江市西园街道王厝社区、双龙路南侧、梅岭路西侧、规划西环路北延段东侧。
本工程为两栋高层住宅建筑，13#-E楼和15#-D楼，如图1效果图。两栋住宅塔楼沿小区中心街道呈轴对称关系，建筑高度、层数、面积以及平面布置等均相同。各塔楼均设有2层地下室，地面以上47层，带有2层商业裙房，主塔楼仅与周边少量裙房相连，设缝与大底盘断开；建筑高度为144.35m，结构高度为144.15m。每栋塔楼建筑面积约为33663m2，其中地面以上25663m2，地下室约8000m2，平面如图2。
本工程根据建质[2015]67号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对所涉及的结构超限和不规则性做逐条检查，超限内容如下:
高度超限：本工程主体结构高度144.15m，属于《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的B级高度高层建筑结构；
扭转不规则：考虑偶然偏心，局部少量楼层扭转位移比大于1.2；
凹凸不规则：平面凹凸尺寸大于相应边长30%；
构件间断（局部转换）：地面以上四十二、四十四、四十六层建筑体型收进，局部存在转换构件。
3 结构体系概述
本工程为采用全落地剪力墙结构体系，共47层，总高144.15m，局部设出屋面机房。结构高宽比为5.8。
剪力墙厚：1~5层 为600~300mm；6层以上：350~250~200mm；
楼屋盖结构采用现浇钢筋混凝土梁板结构体系，梁高550mm，结合建筑物外立面造型，局部设有1000、1100mm高的反梁，以提高结构的周边刚度。
标准层板厚为100~140mm，局部采用大板（140mm厚），不设置小次梁，以提高建筑室内净高。屋面板厚为120mm。
3.1剪力墙束筒
结构设计时，结合住宅的建筑特点，剪力墙均匀布置，通过加厚外翼墙肢、围合剪力墙等措施构成平面内多个有效筒体，整栋塔楼主体结构由多个束筒－连梁构成，产生束筒效应，充分发挥整体结构空间作用，有效的提高结构的抗侧、抗扭刚度。典型结构平面布置图见图3.
4 整体结构性能
结构计算采用了SATWE v3.1及ETABS v9.7.4软件。
项目抗震设防烈度为7度，丙类设防，场地特征同期0.45s，场地安评报告提供的小震时程波峰值加速度为55gal,根据公式αmax＝2.25XAmax/g计算得到安评对应的αmax＝0.126，小震计算采用作用效应较大的安评谱，中、大计算采用规范谱。
按荷载规范，晋江市基本风压： W0=0.75 kN /m2 （50年一遇）。根据《高规》4.2.2条规定，承载力设计时按基本风压的1.1倍采用，B类地面粗糙度B类，体型系数1.4。
主本计算结果见表1、2。
4.1模态分析
计算取 27 个振型，X、Y 两方向质量参与均 95％以上，前 3 个振型周期见表 1，可以看到，结构平动、扭转振型清晰，第 1、2 振型均为平动振型， TT/ T1＝ 0.73<0.85 ，较好的满足了规范要求。
4.2位移角及位移比
由于结构设计充分利用剪力墙结构的整体空间筒体效应，注意围合整体剪力墙结构，外翼缘墙肢加厚，有效提高整体结构抗侧和抗扭刚度。主体结构层间位移角均很好的满足规范要求。其中，考虑偶然偏心影响，扭转位移比最大值出现在第4层，δ max / δ = 1.24 ，略大于规范规则结构限值 1.2，但相应楼层的层间位移角（1/1543）小于规范规定的 1/800，基本满足规范要求；
4.3刚重比
各栋塔楼中刚重比采用倒三角形加载方式计算得到，最小值为 4.5，均大于 2.7。结构的整体稳定性验算及重力二阶效应均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》5.4 的规定。
4.4 剪重比
由表2可见，结构在小震作用下X向基底剪重比略小于规范最小限值的要求，通过剪力调整，X向剪力放大到安评谱要求的最小限值。Y向基底剪力满足规范最小限值要求，不需调整。
在构件承载力设计时，各栋塔楼X向底部剪力均放大到安评谱要求的最小限值，上部楼层地震剪力放大同样倍数。
4.5剪力墙轴拉力及截面承载力中震验算
剪力墙轴拉应力验算按中震不屈服组合复核，控制中震组合作用下大部分剪力墙轴拉应力不大于1.0倍ftk，少量剪力墙轴拉应力大于1.0倍ftk，小于2.0倍ftk。
中震作用采用规范反应谱的参数，周期折减 0.95，阻尼比 0.05；采用中震不屈服组合作用：1.0D(恒)+0.5L(活)+1.0E(中震)；墙肢验算时仅取单向墙肢轴应力，不考虑腹板墙的平均效应，如图 5 所示。中震不屈服组合作用下，下部楼层周边部分剪力墙墙肢出现轴拉应力，其中最大值为1.88倍 ftk，出现在左下角角部墙肢（-1，1层），（C60，ftk=2.85N/mm2）；底部加强区以上的局部楼层右下角局部墙肢出现轴拉应力。
对于中震下墙肢出现轴拉应力的墙肢，施工图设计时均予以加强：对于轴拉应力小于1.0ftk的墙肢，增设附加墙身抗拉钢筋；对于大于1.0 ftk的墙肢均设有型钢，墙肢轴拉力均由型钢承担。
小震组合作用下本工程所有剪力墙均为构造配筋。中震弹性作用下底部加强区剪力墙大部分仍为构造配筋，小部分为计算配筋，比小震设计下墙配筋有所增大；底部加强区以上楼层在中震不屈服下大部分墙肢仍为构造配筋。
施工图设计时按小震、中震作用计算包络配筋，以确定剪力墙满足拟定的设计目标。
4.6剪力墙截面限值条件大震作用验算
剪力墙剪应力验算按大震组合作用复核，控制大震组合作用下剪力不大于 0.15fckbh0 。大震作用采用规范反应谱的参数，周期折减 1.0，阻尼比 0.07，连梁刚度折减系数 0.3；采用大震不屈服组合作用：
1.0D(恒)+0.5L(活载)+1.0E(大震)；不考虑腹板墙的平均效应；
计算表明，剪力墙在大震不屈服组合作用下，剪压比均小于0.15，大部分墙肢剪压比在0.02~0.09之间，仅少部分剪力墙墙肢剪压比大于0.10，最大值为0.11， 施工图阶段将对剪压比较大（大于0.1）的墙肢配筋予以加强。
5平面凹凸不规则及局部楼板不连续的计算分析
全楼弹性楼盖假定计算分析，细分楼板单元，关注弱连接两侧楼盖楼板应力，如图7、8.
可以看出，标准层大部分楼板轴拉力小于5kN，对应轴应力为0.045Mpa以下。楼盖中部连接处局部轴拉力较大，最大轴拉力为30kN，对应峰值应力为0.25Mpa，1m板带范围内平均应力为0.22Mpa。
局部周边左右两侧楼板轴拉力约为15~18kN之间，对应轴应力为0.15~0.18Mpa。楼板与剪力墙连接处局部轴拉力较大，最大轴拉力为40kN，对应峰值应力为0.36Mpa，1m板带范围内平均应力为0.29Mpa。
综上所述，在地震作用下，大部分楼板轴拉力小于15kN/m，对应的楼板轴拉应力在0.15N/mm2 以下, 小于混凝土抗拉强度标准值。洞口周边、凹角位置及与剪力墙连接位置楼板局部有应力集中现象，轴拉力约为30~60kN/m，最大轴拉力为80kN/m，对应轴拉应力为=0.57MPa（板厚140mm）；最大的峰值应力为0.72MPa，小于混凝土（C30）抗拉强度标准值=2.01Mpa；
满足小震作用下楼板不开裂的设计要求。
施工图设计时，核心筒电梯洞口楼板板厚加厚至140mm，板配筋适当予以加强
6 动力弹塑性分析
可本工程从弹性时程分析得到的层剪力曲线与反应谱层剪力曲线尽量接近的角度考虑，选择了两组天然波和一组人工波，共三组地震波来进行结构罕遇地震弹塑性时程分析。分析软件选用大型通用有限元软件Abaqus6.10。
弹塑性时程分析均采用三向地震波输入，主次水平方向及竖向地震加速度峰值比为1：0.85：0.65，地震波持续时间15s，主方向地震波峰值为310gal。由表3可见，X向最大层间位移角为1/190，Y向最大层间位移角为1/231，均小于1/120的规范限值，达到预定的性能目标；
由图9~12可见，剪力墙底部加强区受压损伤因子<0.1，基本完好；顶部屋架剪力墙损伤相对严重中度损伤；中下部剪力墙出现不同程度带状损伤，受力不合理，需对其开洞，利用连梁耗能，改善其破坏形态；大部分连梁呈现中度损坏、比较严重损坏和严重损坏，连梁屈服耗能，可充分发挥抗震第一道防线的作用，达到了“强墙肢弱连梁”的目标。
7 结语
中航城·天玺住宅结构通过超限审查委员会论证，在结构体系、设计标准和抗震性能目标等改进与完善后，于2016年12月通过了福建抗震设防专项审查。工程设计研究主要成果如下：
（1）结构设计充分利用剪力墙结构的整体空间筒体效应，围合整体剪力墙结构形成束筒效应，可
有效提高整体结构抗侧和抗扭刚度。
（2）采取束筒结构及加厚纵向外翼墙肢等措施，利于实现高宽比偏大的结构体系。本工程
结构刚度、刚重比均满足要求。结构布置可供150m左右超高层住宅参考。
参考文献
[1]JGJ 3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010．
[2]GB 50001-2010 建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2016．
[3]深圳大学建筑设计研究院．中航城•天玺项目13-E#（15-D#）楼结构工程超限设计可行性论证报告
[4]傅学怡，空间结构理念在高层建筑中的应用与发展[J].2009.15(3).
论文作者:胡云霞 王姝媛
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/10
标签：结构论文; 剪力墙论文; 楼板论文; 应力论文; 组合论文; 剪力论文; 局部论文; 《建筑实践》2019年第11期论文;