某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震分析

某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震

分析

摘要：在超高层住宅建筑中,剪力墙结构为其主要的结构形式。合理布置剪

力墙，能够使超高层建筑具有更强的抗震性、舒适性和安全可靠性。一般对于建

筑高度100m以内的建筑，剪力墙布置较为简单，主要是根据建筑所需的内外墙

布置，适当将这些砌体墙在合适的位置改成剪力墙，既满足建筑功能又满足结构

安全需要即可。但对于超高层建筑，尤其超限高层，由于建设方追求户型的品质，结构高宽比远大于规范值，又要求户内剪力墙尽量的薄，这就给我们结构设计带

来很大的挑战。下面就以武汉绿城·黄浦湾项目1#楼为实例介绍一下超高层住宅

结构剪力墙设计及抗震分析的一些经验。

关键词：超限高层、性能目标、剪力墙、弹塑性时程

1、工程概况

武汉绿城·黄浦湾项目坐落武汉江岸区二七滨江商务区。项目总占地面积47954平方米，拟建建筑面积384674平米，其中地上建筑面积279997㎡，地下建筑面积88997㎡；综合容积率5.84。拟建建筑含6栋169.9米的超高层；3栋140米超高层；2栋100米以下高层。

本工程 1#楼地下二层，地上层数为 51 层，房屋高度为 169.90m，建筑面积24914m2，为钢筋混凝土剪力墙结构，属于 B 级高度建筑，按《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（2015 版）要求须进行结构抗震专项审查。

1#楼超限情况见下表：

2、结构布置及设计理念

1#楼结构标准层布置

根据上图及结构超限统计表格可以看出，本工程建筑高度169.9m，接近《高

层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010)中对6度区B级剪力墙结构高度限值（170m）,结构等效高宽比8.6，超规范限值（规范限值）约45%，且该建筑位于

长江边，按规范地面粗糙度取B类，风荷载较大，结构层间位移角受风荷载控制。本工程属于江景豪宅，建筑开间较大，且要求户内剪力墙不能做的太厚（厚度不

大于300mm为宜）。为了满足建筑功能又能满足结构计算指标的要求，本工程设

计时，在剪力墙布置方面采取以下措施：

（1），建筑四周剪力墙加厚，按400~500mm控制，增强结构整体抗扭及抗

侧能力，以满足规范位移比、位移角及刚重比等要求；

（2），建筑图中A轴与M轴面需要大开间，不能设置较长的横向墙肢，为

解决结构抗侧刚度不足问题，跟建筑专业协商，在阳台部位将剪力墙加厚，形成

一个大端柱带一段墙肢的结构型式，既增加结构抗侧刚度，又能减小户内剪力墙

厚度。根据计算，户内剪力墙可以控制在300mm以内；

（3），建筑内部剪力墙，主要作用为承担竖向荷载及剪力。对于6度区，

地震剪力较小，内部剪力墙主要以重力荷载控制为主，因此，为了满足建筑功能

要求，剪力墙尽量做薄，厚度基本以轴压比控制为主；

（4），控制剪力墙截面高厚比：根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7．1．7条要求，当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截

面设计。当剪力墙结构中存在少量框架时，根据《高规》第8.1.3及条文说明，

其最大适用高度仍按框架-剪力墙结构的要求执行。本工程建筑高度为169.9m，

已经达到6度区B级剪力墙结构高度限值（170m）。如果按框剪结构确定结构最

大适用高度（框剪结构为160m）则本工程为超B级结构。而本建筑又位于武汉市

抗震救灾道路附近（江北快速路），结构大屋面高度大于道路红线宽度及其后退

距离之和，根据《武城建规》【2016】5号文及其修订之规定，本工程抗震设防

类别应定为重点设防类，其性能目标不应低于C级。这样结构抗震等级也会相应

提高一级，对工程造价有较大影响。本建筑端部墙肢较厚，为避免按框剪结构划

定重点设防类别，设计时与各方争取，确保墙肢截面高厚比大于4，按纯剪力墙结构设计及控制相关指标，减少不必要的浪费。

（5），首层层高过高的处理方法：建筑方案为追求豪华大气，首层层高为9.35m，加上一层结构板面标高为-0.7m，一层结构层高达10.05m。而二层层高仅为3.3m，侧向刚度差距过大，形成薄弱层，对抗震不利。如要满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.2条之规定，须大大加厚一层剪力墙，对建筑功能造成一定的影响（如大堂面积、走道净宽等）。因此，在设计时，在建筑允许的范围设置夹层楼板，标高6.0m，减小首层部分剪力墙计算高度；在有建筑砌体的位置设置结构附加墙，增加首层侧向刚度，满足规范及大震弹塑性计算要求。

3、结构计算性能目标与荷载

3.1，抗震性能目标

根据国家、地方规范并兼顾经济性要求，本项目结构抗震性能目标为D，抗震性能水准具体如下：

3.2 地震作用

根据《抗震规范》（GB50011–2010）表 5.1.2-2的要求，本场地抗震设防烈度为6度，地震分组为第一组，结构抗震等级为二级，场地类别为Ⅱ类场地。

结合中国地震动参数区划图（GB18306-2015）要求及《市城建委市民防办关于执行中国地震动参数区划图等文件的通知》武城建【2016】154号文。地震参数如下：（根据武汉市勘察设计有限公司提供的《武汉绿城·黄浦湾项目岩土工程详细勘察报告书》显示建筑场地类别为Ⅱ类，但与Ⅲ类场地较为接近，按按《抗规》GB50011-2010（2016年版）第4.1.6条及条文说明对场地特征周期予以调整。本工程土层等效剪切波速约为167m/s ，场地覆盖层厚度约为45.0m ，按4.1.6条条文说明图7插值，本场地特征周期在多遇地震和设防地震下取0.39s ，在罕遇地震下取0.44s 。）

3.3 风荷载

基本风压： W0=0.35kN/㎡, 承载力设计时风荷载为0.35x1.1kN/㎡

(舒适度计算时取十年一遇风压W0=0.25kN/㎡)，地面粗糙度类别：为B类，风荷载体形系数为1.4 (考虑相邻建筑风干扰影响，干扰系数1.2)。

3.4 设计软件

弹性阶段计算分析采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析及设计软件SATWE作为结构设计、计算主要依据，采用Midas Building进行对比校核分析。