湛江萬達廣場超高層連體結構抗震性能設計

王維一 黃 卓

(1.華潤(深圳)有限公司，廣東 深圳 518001; 2.奧意建筑工程設計有限公司，廣東 深圳 518031)

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湛江萬達廣場超高層連體結構抗震性能設計

王維一1黃 卓2

(1.華潤(深圳)有限公司，廣東 深圳 518001; 2.奧意建筑工程設計有限公司，廣東 深圳 518031)

以湛江萬達廣場超高層連體結構為例，采用框架核心筒結構體系，在中高區用鋼結構桁架將兩塔樓進行剛接，采用基于性能的抗震設計方法進行分析設計，結合擬定的抗震性能目標，采用YJK，Midas Gen，對結構整體進行了分析，并利用Abaqus進行動力彈塑性分析，計算結果表明結構抗震性能滿足規范要求。

超高層連體結構，抗震性能，風荷載，塔樓

1 工程概況

湛江萬達廣場項目位置位于廣東省湛江市龍潮東路大道以南，海濱大道以東。寫字樓4號樓1單元共39層，屋面高度為171 m；4號樓2單元共51層，屋面高度為174.6 m，兩塔樓結構體系為鋼筋混凝土框架核心筒體系。4號樓1單元在第28層～31層與4號樓2單元在34層～38層(標高116.45 m～130.5 m)通過空中連體相連。連體與兩側塔樓采用剛接型式，連體結構采用鋼桁架，桁架高度5 m，桁架跨度37.5 m。

結構立面及連體平面示意圖見圖1。

連體結構示意圖見圖2。

2 結構總體控制參數及荷載取值

2.1 結構總體控制參數

本項目設計使用年限為50年，建筑重要性系數取1.0，建筑安全等級為二級，地震及風荷載作用下主體結構阻尼比取5%，連體鋼結構取2%。核心筒剪力墻抗震等級為一級，鋼筋混凝土框架梁及柱抗震等級為一級。與連體桁架相連梁柱為特一級，鋼結構連體桁架為二級。

2.2 荷載取值

本項目風荷載按規范50年一遇考慮，位移計算取0.8 kN/m2，強度計算放大1.1倍；舒適度計算取0.5 kN/m2，地面粗糙度為B類，體形系數按1.4取值。根據《建筑抗震設計規范》，本工程所在地區抗震設防烈度為7度(0.1g)，地震分組為第一組，抗震設防類別為丙類，恒活均按規范取值。

3 結構超限判別

本項目兩棟塔樓均超過A級高度限值，但未超B級高度限值。扭轉位移比大于1.2小于1.4，存在扭轉不規則；相鄰層剛度變化大于70%或連續三層變化大于80%，存在剛度突變；兩塔樓間通過鋼桁架連接，屬復雜連接。綜合以上分析，屬于《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》中的高度超限及復雜連接的超限項目。

4 抗震性能目標

根據塔樓的重要性和震后損失及修復的難易程度，設計時采用基于性能化的抗震設計方法。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，結構抗震性能目標選擇C級～D級。結構抗震性能目標及預期震后性能狀況如表1，表2所示。

表1 抗震性能目標

表2 預期震后性能狀況

5 結構計算分析

5.1 多遇地震下結構受力分析

兩棟塔樓作為獨立單體時，結構動力性能較為接近，但在兩塔樓間增加鋼桁架連體之后，結構的動力性能有較大的變化。由于連體的作用，連體結構中4號樓1單元地震下層剪力較單體減小，4號樓2單元層剪力則較單體增大(見圖3)。小震作用下，連體樓板滿足小震彈性的要求。單體與連體周期對比結果如表3所示。

5.2 偶遇地震下結構受力分析

在偶遇地震作用下的地震計算參數按照規范取值，地震影響系數最大值αmax=0.23，場地特征周期Tg=0.45 s，阻尼比取0.05。連梁剛度折減系數取0.50。荷載分項系數取1.0，結構計算不考慮構件抗震等級，材料強度取標準值，風荷載不參與計算。

中震作用下框架柱能滿足抗剪彈性及抗彎不屈服的性能目標。4號樓1單元所有連梁中震能達到抗剪不屈服的性能目標；4號樓2單元除 18層避難層僅個別連梁中震無法達到抗剪不屈服的性能目標，不滿足連梁將采用加強措施來滿足抗震性能需求。

中震作用下結構筒體剪力墻抗壓滿足要求，對于可能出現的剪力墻混凝土抗拉進行分析。按標準組合進行計算的剪力墻最小軸力在Nmin工況下，除出屋面頂部核心筒小塔樓有很小的拉力外，其余筒體剪力墻仍處于受壓狀態。

計算結果表明，連體屋頂樓板應力不高，而在連體桁架上下兩層，在連體及延伸進塔樓核心筒一側樓板在地震下的樓板應力比較高，在連體角部區域超過了6.0 MPa，遠超過了C30混凝土抗拉強度標準值，該區域樓板在中震中將會拉裂，樓板鋼筋將會屈服。對以上桁架上下層樓板配筋將適當加強，板配筋雙層雙向拉通布置，鋼筋直徑數量按鋼筋極限抗拉強度進行設計，確保板鋼筋在中震下不被拉斷。

桁架在中震下均能保持彈性狀態。與桁架弦桿相連的框架柱剪力突變加大，且與之相連的框架梁拉力較大，對這部分框架柱及框架梁采用型鋼混凝土結構進行加強。

在考慮樓板損壞失效的情況下，桁架整體剛度有所降低，腹桿軸力減小，弦桿由于沒有樓板幫助而軸力增加較多,桁架能保持彈性工作狀態。

5.3 罕遇地震下結構動力彈塑性時程分析

本項目采用ABAQUS軟件對結構在罕遇地震作用下的彈塑性進行分析。選取兩條天然波及一條人工波作為輸入條件。下文以天然波C為例，描述結構在罕遇地震下的性能(見圖4)。結構基底最大剪力如表4所示，括號內為與小震相應方向地震力的比值。罕遇地震作用下層間位移角見表5。

表4 罕遇地震作用下基底剪力

表5 罕遇地震作用下層間位移角

核心筒的破壞主要集中在連梁和連體范圍及其上部的墻肢，當連梁縱向鋼筋出現屈服時，連體范圍及其上部核心筒外圍個別墻肢及連梁周邊部分墻肢就會出現受壓損傷；連梁耗能效果明顯，較多連梁縱筋受彎屈服。發生損壞連體范圍及其上部核心筒外圍墻體混凝土出現相對明顯的受拉損傷，根據墻體的拉應變計算，絕大部分墻體的水平以及縱向分布鋼筋都基本保持彈性。

框架柱混凝土未出現明顯的受壓損傷，核心筒四角的框架柱以及在塔樓屋面處的混凝土出現輕微受拉損傷。柱縱向鋼筋應力約為350 MPa柱內縱筋進入塑性的程度非常淺，縱筋基本保持彈性。混凝土框架梁在支座、跨中出現了不同程度的拉損傷，但是并未發現受壓破壞情況。梁端受拉鋼筋屈服，出現塑性鉸。

各樓層樓板鋼筋塑性應變及拉壓損傷，結果表明樓板受拉損傷較受壓損傷明顯，從高度方向上呈現中間損傷大于下部和上部樓板的損傷情況；從平面上呈現四角及核心筒周邊損傷較為明顯的情況。樓板受壓損傷的區域主要集中在核心筒內樓板及沿核心筒周邊的板帶上。與連體相連的樓板拉壓損傷都很明顯，以桁架上下的樓板為甚，與連體相連的塔樓內板鋼筋屈服。樓板受拉損傷在全樓范圍均存在，尤以核心筒內部、塔樓的四角部位及連體周邊樓板受拉損傷最為顯著，樓板尚可有效的傳遞水平力；兩棟塔樓中間的桁架連接體未發生塑性變形，仍保持彈性狀態。

6 超限設計主要加強措施

針對本工程特點和已進行的小震、中震、大震計算分析，結合擬定的抗震性能目標，在施工圖設計中將采取以下構造措施保證結構的抗震性能：

1)適當提高底部加強區核心筒剪力墻，特別是在中震作用下抗剪相對比較薄弱和大震下損傷相對嚴重的墻肢，通過提高邊緣構件配筋率及墻肢分布筋進行加強，必要時 設置型鋼予以加強。

2)對大震下揭露出破壞相對較為嚴重的連體上下樓層核心筒剪力墻進行加強，通過提高邊緣構件配筋率及墻肢分布筋加強，必要時設置型鋼予以加強。

3)對塔樓與連體相連部位進行加強。與連體桁架相連的框架柱采用型鋼混凝土柱，順桁架方向相連的框架梁采用型鋼混凝土梁，對應核心筒部位增加鋼骨。

4)對中震和大震下揭露的樓板破壞情況進行針對性加強。連體與塔樓連接部位、塔樓外側角部破壞比較嚴重的部位，配筋適當加強及雙層雙向拉通。

Performance-based seismic design of super high rise connected structure in Zhanjiang Wanda Plaza

Wang Weiyi1Huang Zhuo2

(1.ChinaResourcesLandLimited,Shenzhen518001,China; 2.A+EDesignCo.,Ltd,Shenzhen518031,China)

Taking the super high rise connected structure of Zhanjiang Wanda Plaze as an example. The structural style is frame core tube which is connected by steel truss. The performance-based seismic design method is adopted to analyze and design the project. Combining with the proposed seismic performance objectives. The whole structure is analyzed by YJK and Midas Gen. The dynamic elastic-plastic analysis is carried out by Abaqus. The results show that the seismic performance of the structure meets the requirements of the code.

super high rise connected structure, seismic performance, wind load, tower

1009-6825(2017)15-0037-03

2017-03-13

王維一(1984- )，男，工程師

TU973

A