某超高層剪力墻結構設計

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，結構形式為剪力墻結構，屋頂標高165.4m。平面尺寸65m×20m，結構高寬比偏大，屬于超B級高度結構。

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，屬于局部轉換結構。

2 結構布置

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個方向結構剛度接近[1]。本項目結構布置較規(guī)則，傳力方式較明確。

圖1結構平面圖

3 結構計算分析

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。考慮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，屬于局部轉換。本工程設定結構抗震性能目標為C級。

3.2 小震彈性計算

結構計算的整體指標如表1所示。

表1 SATWE和MIDAS Building計算結果比較

計算結果表明，2個軟件前六階周期基本吻合，振動模態(tài)基本一致，第一扭轉周期/第一平動周期=0.706，符合規(guī)范要求，說明結構扭轉效應較小。結構計算所得剛重比=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。

由時程分析結果，每條時程曲線計算所得結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%，3條時程分析計算所得結構底部剪力的平均值大于振型分解反應譜法計算結果的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)計算結果，個別框架梁及連梁構件抗彎屈服，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。

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

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。計算結果顯示，結構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構最大頂點位移為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、扭轉不規(guī)則及局部轉換等不規(guī)則類型。

針對超B級高度高層結構，采取提高抗震構造的加強措施，底部加強區(qū)剪力墻抗震構造措施提高至特一級。通過增大構件的縱筋配筋率及體積配箍率，提高構件的延性；對局部轉換的框支梁、框支柱內(nèi)設型鋼，提高構件延性，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構延性的措施，實現(xiàn)了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標。