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1、第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 深业中城超高层结构设计 刘云浪1，李建伟，宁旭，凌振杰，陈有仲 （悉地国际设计顾问（深圳）有限公司，深圳 518048） 摘 要：深业中城项目三栋塔楼是存在多项超限情况的超限高层结构。对结构抗震性能进行了详细分析，并结合结 构特点进行了若干专项分析。在抗震性能分析过程中，首先确定了抗震性能目标及设计方法，然后对结构 及构件在小震、中震、大震作用下的性能进行了分析，最后基于结构特点、抗震性能分析结果有针对性地 采取了抗震措施。通过一系列分析与设计，提高了结构安全性。 关键词：抗震性能，动力弹塑性，顶部收进，墙托柱，抗震设计措施 1 工程概况
2、深业中城项目位于深圳市福田区红荔西与农园路交汇处。项目总占地面积为 36114.59 平方米，总建筑 面积为 350440.31 平方米。 该项目由 4 层地下室、 地上 4 层裙房及 5 栋高层塔楼组成。 其中， 1 号楼为 150.300 米超高层住宅 （46 层， 标准层层高为 3.150m） ， 2 号楼为 99.650 米高层住宅 （30 层， 标准层层高为 3.150m） ， 3 号楼为 99.650 米高层住宅（30 层，标准层层高 3.150m） ，6A 号楼为 185.200 米办公和公寓（44 层，办公 标准层层高4.200m， 公寓标准层层高3.600m） ， 6B号楼为
3、159.150米酒店和公寓 （42层， 标准层层高3.600m） ， 效果图如图 1 所示。其中，1 号楼、6A 号楼、6B 号楼属于超限高层建筑。 图 1 效果图 1 号塔楼结构体系为剪力墙结构。 底部标准层平面为 T 字形， 3847 层收进后为矩形； 塔楼高宽 （H/B） 150.3/23.8=6.32。 6A 号塔楼结构体系为框架-核心筒结构。底部标准层平面为矩形 40.7m41.2m，整体的高宽比为 4.55； 首层核心筒尺寸为 20.1m25m， 核心筒高宽比为 9.21。 39 层44 层东侧柱子内退 7m， 在 38 层设置转换层。 柱跨 8.7511.85m。 6B号塔楼结构
4、体系为框架-核心筒结构。底部标准层平面为矩形29.0m50.0m，整体的高宽比为5.49；首层 作者简介：刘云浪（1981） ，男，硕士，高级工程师 1 号 2 号 3 号 6A 号 6B 号 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 核心筒尺寸为10.4m26.8m，核心筒高宽比为15.30。29 层东侧剪力墙转换为框架柱。柱跨10.0012.60m。 1） 结构构成示意图 2） 中下部典型平面布置图 3） 上部典型平面布置图 图 2 1 号塔楼结构构成示意图 + = (a)核心筒 (b) 外框架 (c) 整体 1） 结构构成示意图 2） 中下部典型平面布置图 3） 上部典型平面
5、布置图 图 3 6A 号塔楼结构构成示意图 + = (a)核心筒 (b) 外框架 (c) 整体 1） 结构构成示意图 2） 中下部典型平面布置图 3） 上部典型平面布置图 图 4 6B 号塔楼结构构成示意图 1 号楼存在高度超限、扭转不规则、凹凸不规则、尺寸突变等多项超限情况1-3。6A 号楼存在高度超 限、扭转不规则、楼板不连续、竖向构件不连续等多项超限情况1-3。6B 塔楼存在高度超限、扭转不规则、 楼板不连续等多项超限情况1-3。结构构成及典型平面图如图 2图 4 所示。 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 2 工程地震动参数选取 该项目抗震设防类别为丙类，根据场地地震
6、安评报告及规范相关要求2，本工程抗震设防烈度为 7 度， 设计基本地震加速度为 0.10g，设计地震分组为一组，场地类别为类。小震、中震、大震规范反应谱和场 地地震安评报告提供的场地反应谱（括号内数值）参数比较如表 1 所示。小震规范反应谱与场地反应谱曲线 对比如图 5 所示。 表 1 反应谱参数 50 年超越概率 63% 10% 2% 地震影响系数最大值max0.08 (0.092)0.23 (0.262)0.50 (0.462) 特征周期 Tg /s 0.35 (0.32) 0.35 (0.35) 0.40(0.40) 峰值加速度 A /cm/s2 35 (39) 100 (112) 22
7、0 (197) 注：安评为三段谱，规范为四段谱。 由图 5 可知，在主要振型的周期点上，地震影响系数规范谱比安评场地谱大，偏安全取规规范谱用于 本工程小震分析设计。中震、大震采用规范参数用于分析设计。 图 5 规范反应谱与场地反应谱曲线（上图周期以 6A 塔楼为例） 3 抗震性能目标与设计方法 结合工程的重要性、抗震设防烈度、结构特性和造价、震后损失和修复难度并征求业主和专家意见， 本工程抗震性能目标设定为 C 级。因此，在小震、中震、大震作用下，结构性能水准应分别达到 1、3、4 水准，构件具体设计方法见规范1。 表 2 各性能水准结构预期的震后性能状况 性能水准 1 3 4 关键构件 无损
8、坏 轻微损坏 轻度损坏 普通竖向构件 无损坏 轻微损坏 部分构件中度损坏 耗能构件 无损坏 轻度损坏、部分中度损坏中度损坏、 部分比较严重损坏 注：关键构件1 号楼指 15 底部加强区的剪力墙、3839 层（39 层收进）的剪力墙，6A 号楼指 15 底部加强区的核心筒墙体和框架柱、顶 部转换层及上一层（37、38 层）墙柱及转换梁，6B 号楼指 15 底部加强区的核心筒墙体和框架柱、墙转柱楼层及下一层（28、29 层）墙柱； 普通 竖向构件指除关键构件以外的竖向构件；耗能构件指框架梁、连梁。 4 小震弹性分析 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 结构采用 SATWE、ETA
9、BS 两个软件进行小震校核分析，两软件分析结果基本一致。以 6A 号楼为例 描述如下。 结构前三阶主振型及质量参与系数如表 3 所示。在小震反应谱作用下，主要计算指标如图 47 所示。 由上述图表可知，周期比 Tt/T1=0.79、0.80，小于规范限值 0.85。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震 作用下，扭转位移比除底部楼层略大于 1.2 外，其余楼层均小于 1.2，结构具有较好抗扭性能。层间位移角、 剪重比等均满足规范要求。 由图 7 可知， 框架分配的地震剪力最大值大于 10%。 框架分配的地震剪力小于基底总剪力 20%的楼层， 已按结构底部总地震剪力标准值的 20%和框架部分楼层地震剪
10、力标准值中最大值的 1.5 倍二者的较小值进 行调整。 表 3 结构前三阶主振型 ETABS T1=4.583s T2=3.955s T3=3.621s SATWE T1=4.683s T2=3.794s T3=3.769s 图 4 层间位移角 图 5 扭转位移比 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 图 6 楼层剪重比 图 7 楼层框架剪力占比 经承载能力极限状态设计验算，在小震组合工况作用下，各构件均满足规范要求。 综上所述，结构在弹性设计阶段能保持良好的抗侧性能和抗扭转能力，可达到小震“完好、无损坏”的 抗震性能目标。 5 中震不屈服分析 通过中震不屈服分析，主梁抗弯及抗
11、剪均能保证不屈服，可达到预定抗震性能目标；部分连梁剪压比 超限，通过局部加宽连梁措施予以解决，连梁可以满足预定抗震性能目标；底部型钢混凝土、上部钢筋混 凝土框架柱在中震作用下抗弯不屈服。 6 中震弹性分析 通过中震弹性分析，剪力墙、框架柱剪压比满足要求，其水平分布钢筋或抗剪箍筋按小震设计结果均 能保证受剪承载力中震弹性，满足预定抗震性能目标。 7 大震动力弹塑性时程分析 通过动力弹塑性时程分析，得到结构在地震作用下的反应，对结构整体及构件进行充分的研究，探讨 结构在预估大震作用后可以达到的性能，发现薄弱部位并通过设计加强措施以确保结构具备良好的承载能 力和延性。 本项目选用三维非线性结构分析软
12、件 Perform3D 进行大震作用下的动力弹塑性时程分析。选取了三组 满足规范要求的地震波（一组人工波和两组天然波）。在以重力荷载代表值为初始荷载的基础上，分别以 结构 X 向、Y 向为主方向，采用双向地震输入，主方向与次方向加速度峰值的比值为 10.85。以下以 6A 号楼为例进行描述。 7.1 结构整体性能指标 在大震作用下，结构弹塑性层间位移角、基底剪力时程曲线如图 89 所示。地震作用下的基底剪力如 表 4（括号内数值为大震与小震比值）所示。 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 0 10 20 30 40 50 00.002 0.004 0.006 0.0080.0
13、10.012 楼层号 最大层间位移角 楼层号 最大层间位移角 工况1工况3工况5限值 0 10 20 30 40 50 00.002 0.004 0.006 0.0080.010.012 楼层号 最大层间位移角 楼层号 最大层间位移角 工况2工况4工况6限值 60000 40000 20000 0 20000 40000 60000 0510152025303540 基底剪力基底剪力/kN 时间时间/s 工况1工况3工况5 (a) X 向 80000 60000 40000 20000 0 20000 40000 60000 80000 0510152025303540 基底剪力基底剪力/kN
14、 时间时间/s 工况2工况4工况6 (a) X 向 (b) Y 向 (b) Y 向 图 8 弹塑性层间位移角 图 9 基底剪力时程曲线 表 4 基底剪力/kN 方向 小震 大震 人工波 天然波 1 天然波 2 X 向 13640 47851 (3.51) 47295 (3.47) 49239 (3.61) Y 向 14885 69667 (4.68) 63312 (4.25) 68615 (4.61) 由以上图表可知，楼层弹塑性层间位移角均小于规范限值。从以上指标可以看出，在大震作用下，结 构仍具备较好抗侧刚度，结构能保持“大震不倒”。 7.2 结构构件性能水准4 在大震作用下，剪力墙混凝土压
15、应变较小，最大不及峰值应变的 50%，处于弹性范围内；剪力墙抗剪 均处于弹性状态；剪力墙底部及上部转换位置部分墙肢出现受拉开裂，但纵向钢筋拉应力处于弹性阶段， 转换层个别墙肢钢筋应力水平接近屈服强度，其它部位剪力墙钢筋应力均处于 50%屈服强度以内，因此要 对该部分墙肢配筋加强。 绝大部分框架柱、核心筒处于 IO 性能点以内；部分框架梁进入屈服阶段并在 LS 性能点以内；多数连 梁进入屈服阶段并在 LS 性能点以内。所有竖向构件均在 LS 性能点以内，所有连梁、框架梁均在 CP 性能 点以内，所有构件均未发生脆性破坏。 由动力弹塑性分析可知，大部分水平构件进入塑性状态，耗散地震能量，确保墙体和
16、柱构件损伤不大、 不发生脆性破坏。 8 顶部收进结构分析 以 1 号楼为例，对顶部楼层收进结构经行专项分析。1 号楼在 39 层47 层（屋面层）竖向构件收进， 通过分析竖向构件收进、不收进两个模型的指标及构件内力，评估上部 8 层局部收进对结构的影响。 收进模型上部竖向构件收进后，Y 向风荷作用下的层间位移角比不收进模型偏大，但均在可控的范围 内。经过选取 Q1、Q2 墙肢进行比较，顶部收进后，Q1 墙肢剪力突变比较大，在 39 层以上剪力增加、在 38 层及以下剪力减小， Q2 墙在 38 层及以下剪力增加。 剪力墙收进后， 收进位置下部层对应墙肢剪力增大， 非收进位置在收进层以上剪力增大，施工图中应对该位置进行加强。 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 （b）Q1 内力对比 （a）收进模型 （b）不收进模型 （a）内力对比墙肢编号示意图 （c）Q2 内力对比 图 10 收进与不收进对比模型 图 11 收进与不收进墙肢内力对比 9 墙托柱节点
