深圳某超高层住宅部分框支剪力墙结构设计

深圳某超高层住宅部分框支剪力墙结构设计
摘要:1栋B座为板式住宅，地上48层，地下3层，结构高度为152.95m，一般
层等效宽度最小值约为16.7m，高宽比约为8.7。

塔楼结构体系为部分框支剪力墙结构，在3层楼面存在局部竖向构件转换。

为了控制整体变形，减小剪力墙墙厚，在部分剪力墙暗柱端部加设钢骨。

本项目采用多种软件进行了风荷载作用、多遇
地震作用下的弹性计算、弹性动力时程分析、中震作用下的结构性能分析及大震
弹塑性分析，各项计算指标均达到了设计的要求，结构设计和分析方法可供今后
类似超高层建筑和其他复杂结构设计参考。

关键词：部分框支剪力墙结构结构高宽比超B级高度钢骨暗柱
1.工程概况
本项目位于深圳市南山区蛇口东角头望海路南侧，北侧隔望海路与蛇口山公
园相望。

基地地形为南北长约300米，东西长约180米的规则长方形。

本项目开
发建设用地59322.73m2，计容建筑面积161715 m2，总建筑面积为355122 m2 ，
地下有三层整体地下室，有4栋超高层塔楼。

1栋B座高度为152.950m，地上
48层，其余三栋结构高度分别为143.150m、171.350m、171.350m。

本文重点介绍1栋B座结构设计,该楼为超高层“板”式住宅，地上1层~3层为
公共服务空间，层高分别为分别为7.4m、5.1m、5.8m，4层及以上各层为住宅，
层高3.00m，17层及33层分别设有避难层，层高4.5m。

本项目在2015年10月
通过超限建筑工程抗震设防专项审查，目前已竣工验收。

2.结构体系及特点
塔楼结构体系为部分框支剪力墙结构，被转换剪力墙的面积大于总剪力墙面
积的10%，结构嵌固端取在地下室顶板位置，存在以下特点：
（1）结构超高：152.950m部分框支剪力墙结构，按《高规》第3.3.1条定义
为超B级高度。

（2）高宽比较大：一般层等效宽度最小值约为16.7m，楼高152.950m，该
处高宽比约为8.7。

（3）在建筑4层存在局部竖向构件转换；
（4）2层存在较大面积楼板开洞，仅允许局部拉梁，2层至3层存在高度10.8m的穿层墙。

（5）平面布局存在角部重叠的薄弱连接；
（6）为了控制整体变形，减小剪力墙墙厚，在部分剪力墙暗柱端部加设钢骨基于上述特点，对于结构的结构抗侧刚度，整体稳定，抗倾覆能力，承载能力等
须格外关注。

三维计算模型示意图见图1，剖面图、平面示意图、钢骨暗柱示意
图见图2～5，结构主要构件截面尺寸见表1。

图4 第4~48层偶数层结构平面示意图
3.结构抗震性能目标
3.1 建筑结构超限检查项
本工程属于超B级高度建筑，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》，对结构不规则项进行检查，一般规则性超限检查存在
扭转不规则、凹凸不规则（组合平面）、刚度突变、构件间断及其他不规则（局部穿层墙柱、个别构件转换）五项不规则，单项规则性超限检查无不规则项。

3.2 结构抗震性能目标
根据上述超限项检查，将结构抗震性能目标定为C级，具体构件抗震性能目标见表2其中转换梁、转换柱作为关键构件按特一级抗震进行设计，小偏心受拉墙肢按特一级抗震进行设计，框架柱、剪力墙、框架梁、连梁按一级抗震进行设计。

抗震性能目标表2
4.结构整体计算分析
4.1计算参数及荷载取值
本工程设计使用年限50年，建筑安全等级二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度7度（0.1g）,设计地震分组为第一组，场地类别为二类，特征周期为0.43s。

计算模型嵌固端取在地下室顶板，结构阻尼比取值0.05，周期折减系数取0.95，连梁刚度折减系数取0.8。

结构设计时，在小震作用下，分别按抗震规范和“安评报告”的地震动参数计算，取两者计算所得到的结构底部剪力较大者进行结构验算。

图6所示，在3s之后，安评谱数值均小于规范谱。

本文小震及时程分析图表除注明外均为安评谱计算结果，中震和大震作用按抗震规范提供的地震动参数取值，包括反应谱和加速度峰值。

注：X、Y方向的振型参与质量系数满足规范大于90%的要求。

4.2.2地震作用及风荷载作用下楼层剪力及倾覆力矩
从表4中数据分析，该结构X方向控制作用为地震作用，Y方向控制作用为风荷载。

由图表4可知,X向安评谱计算基底剪力比规范谱结果大。

因此小震设计时取安评反应谱进行设计。

从表中6可以看出，各条波分别作用下的基底剪力值同反应谱基底剪力比值处于65%和135%范围之间，且平均值大于振型分解反应谱的80%并小于振型分解反应谱的120%，满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.2.2条的规定。

从图7可以看出，主要周期点上，规范反应谱和地震波谱均值的差值在20%以内，在统计意义上相符。

同时弹性时程下的楼层位移均可满足规范要求。

结构的楼层剪力取七条时程波的平均值和振型分解反应谱法的较大值，分析结果表明，时程分析均值计算基底剪力均小于安评谱值，故设计中直接采用安评谱分析结果。

对塔楼部分上部楼层反应谱计算不能包络的楼层，根据时程结果作相应加强处理。

4.4中震作用下结构及构件性能验算
按构件重要程度的性能目标要求，采用SATWE对结构进行中震弹性和中震不屈服工况计算，复核结构整体和构件。

两个方向中震基底剪力均取小震结果的2.88倍。

中震作用下结构整体有富裕的抗剪承载力，层间位移角X、Y方向分别为1/1046和1/485，整体层面小于2倍的弹性层间位移角限值（1/393），属轻度损坏范围，经一般修理仍可继续使用。

在中震作用下各构件均能满足拟定的抗震性能目标。

图8 底部加强部位剪力墙墙肢编号示意图
由表7可知，在中震作用下，底部加强区部分墙肢Q1、Q2、Q3和Q7处于偏心受拉状态。

经计算复核，中震墙肢拉应力均小于混凝土轴心抗拉强度标准值。

设计中，加大底部加强区偏心受拉墙肢分布钢筋的配筋率。

当中震作用下墙肢拉应力大于混凝土轴心抗拉强度标准值时尚应设置钢骨暗柱抵抗拉应力，同时小偏心受拉墙肢的抗震等级提高到特一级;。

4.5弹塑性大震分析
采用 PERFORM-3D 做大震弹塑性分析，结构阻尼取振型阻尼 5% 换算成瑞利阻尼。

即取第一周期1.1 倍及 0.3 倍周期处等效阻尼为 5% 换算。

在结构反应的周期内，较均匀的接近振型阻尼 5% 。

地震波采用场地人工波、天然波( Taft) 、天然波( El Centro) ，三组波基本满足规范要求。

其中天然波转换后的加速度反应谱在结构前三周期点均比规范反应谱大，采用这两组天然波偏于安全。

三组波大震时程基底剪力 TAFT 波最大，下面均以 TAFT 波为例。

剪力墙、柱及支撑在构件两端设 PMM 铰及抗剪承载力 V-V 监控，梁在构件两端设弯矩 M 铰及抗剪承载力 V 监控。

PMM铰、M 铰及抗剪承载力 V 均按实际计算截面和材料强度标准值计算。

通过罕遇地震弹塑性分析可知：
（1）层间位移角满足规范要求；
（2）在大震作用下，连梁大部分进入塑性，部分框架梁进入塑性，处于生命安全性能水准状态内，结构双方向刚度均有退化；
（3）在大震作用下，剪力墙钢筋全部未屈服。

转换层D轴交22轴墙肢压应力达fck，抗剪严重屈服，通过提高该墙肢分布钢筋配筋率由0.3%提高至0.4%，可满足抗剪不屈服的性能目标；
（4）底部个别转换柱初步弯曲屈服，抗剪不屈服；转换梁个别初步屈服，抗剪不屈服。

（5）角部重叠的薄弱连接部位在转换层以上五层及顶部两层楼板厚度需增至180mm，附加钢筋D14/16@150双层双向；其余楼层薄弱连接部位板厚150mm，附加钢筋D10@150双层双向；转换层楼板厚度180mm并附加钢筋D12@150双层双向。

通过以上加强措施，薄弱连接楼板受剪截面可满足拟定的性能目标。

5.结论
本项目采用部分框支剪力墙结构体系，具有超B级建筑高度、高宽比大、局部竖向构件转换、平面布局存在角部重叠的薄弱连接部位等特点，在多遇地震作用下，采用反应谱方法和时程方法进行弹性内力分析，进行第一水准抗震性能设计；在设防地震作用下，分别进行中震弹性和中震不屈服分析，验算构件性能状态；罕遇地震作用下，基于Perform3D软件对结构进行进一步的动力弹塑性分析。

结果表明，通过三水准性能设计，本项目结构能达到拟定的C级的性能目标。