湛江万达广场超高层连体结构抗震性能设计

王维一 黄 卓

(1.华润(深圳)有限公司，广东 深圳 518001; 2.奥意建筑工程设计有限公司，广东 深圳 518031)



湛江万达广场超高层连体结构抗震性能设计

王维一1黄 卓2

(1.华润(深圳)有限公司，广东 深圳 518001; 2.奥意建筑工程设计有限公司，广东 深圳 518031)

以湛江万达广场超高层连体结构为例，采用框架核心筒结构体系，在中高区用钢结构桁架将两塔楼进行刚接，采用基于性能的抗震设计方法进行分析设计，结合拟定的抗震性能目标，采用YJK，Midas Gen，对结构整体进行了分析，并利用Abaqus进行动力弹塑性分析，计算结果表明结构抗震性能满足规范要求。

超高层连体结构，抗震性能，风荷载，塔楼

1 工程概况

湛江万达广场项目位置位于广东省湛江市龙潮东路大道以南，海滨大道以东。写字楼4号楼1单元共39层，屋面高度为171 m；4号楼2单元共51层，屋面高度为174.6 m，两塔楼结构体系为钢筋混凝土框架核心筒体系。4号楼1单元在第28层～31层与4号楼2单元在34层～38层(标高116.45 m～130.5 m)通过空中连体相连。连体与两侧塔楼采用刚接型式，连体结构采用钢桁架，桁架高度5 m，桁架跨度37.5 m。

结构立面及连体平面示意图见图1。

连体结构示意图见图2。

2 结构总体控制参数及荷载取值

2.1 结构总体控制参数

本项目设计使用年限为50年，建筑重要性系数取1.0，建筑安全等级为二级，地震及风荷载作用下主体结构阻尼比取5%，连体钢结构取2%。核心筒剪力墙抗震等级为一级，钢筋混凝土框架梁及柱抗震等级为一级。与连体桁架相连梁柱为特一级，钢结构连体桁架为二级。

2.2 荷载取值

本项目风荷载按规范50年一遇考虑，位移计算取0.8 kN/m2，强度计算放大1.1倍；舒适度计算取0.5 kN/m2，地面粗糙度为B类，体形系数按1.4取值。根据《建筑抗震设计规范》，本工程所在地区抗震设防烈度为7度(0.1g)，地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，恒活均按规范取值。

3 结构超限判别

本项目两栋塔楼均超过A级高度限值，但未超B级高度限值。扭转位移比大于1.2小于1.4，存在扭转不规则；相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%，存在刚度突变；两塔楼间通过钢桁架连接，属复杂连接。综合以上分析，属于《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中的高度超限及复杂连接的超限项目。

4 抗震性能目标

根据塔楼的重要性和震后损失及修复的难易程度，设计时采用基于性能化的抗震设计方法。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，结构抗震性能目标选择C级～D级。结构抗震性能目标及预期震后性能状况如表1，表2所示。

表1 抗震性能目标

表2 预期震后性能状况

5 结构计算分析

5.1 多遇地震下结构受力分析

两栋塔楼作为独立单体时，结构动力性能较为接近，但在两塔楼间增加钢桁架连体之后，结构的动力性能有较大的变化。由于连体的作用，连体结构中4号楼1单元地震下层剪力较单体减小，4号楼2单元层剪力则较单体增大(见图3)。小震作用下，连体楼板满足小震弹性的要求。单体与连体周期对比结果如表3所示。

5.2 偶遇地震下结构受力分析

在偶遇地震作用下的地震计算参数按照规范取值，地震影响系数最大值αmax=0.23，场地特征周期Tg=0.45 s，阻尼比取0.05。连梁刚度折减系数取0.50。荷载分项系数取1.0，结构计算不考虑构件抗震等级，材料强度取标准值，风荷载不参与计算。

中震作用下框架柱能满足抗剪弹性及抗弯不屈服的性能目标。4号楼1单元所有连梁中震能达到抗剪不屈服的性能目标；4号楼2单元除 18层避难层仅个别连梁中震无法达到抗剪不屈服的性能目标，不满足连梁将采用加强措施来满足抗震性能需求。

中震作用下结构筒体剪力墙抗压满足要求，对于可能出现的剪力墙混凝土抗拉进行分析。按标准组合进行计算的剪力墙最小轴力在Nmin工况下，除出屋面顶部核心筒小塔楼有很小的拉力外，其余筒体剪力墙仍处于受压状态。

计算结果表明，连体屋顶楼板应力不高，而在连体桁架上下两层，在连体及延伸进塔楼核心筒一侧楼板在地震下的楼板应力比较高，在连体角部区域超过了6.0 MPa，远超过了C30混凝土抗拉强度标准值，该区域楼板在中震中将会拉裂，楼板钢筋将会屈服。对以上桁架上下层楼板配筋将适当加强，板配筋双层双向拉通布置，钢筋直径数量按钢筋极限抗拉强度进行设计，确保板钢筋在中震下不被拉断。

桁架在中震下均能保持弹性状态。与桁架弦杆相连的框架柱剪力突变加大，且与之相连的框架梁拉力较大，对这部分框架柱及框架梁采用型钢混凝土结构进行加强。

在考虑楼板损坏失效的情况下，桁架整体刚度有所降低，腹杆轴力减小，弦杆由于没有楼板帮助而轴力增加较多,桁架能保持弹性工作状态。

5.3 罕遇地震下结构动力弹塑性时程分析

本项目采用ABAQUS软件对结构在罕遇地震作用下的弹塑性进行分析。选取两条天然波及一条人工波作为输入条件。下文以天然波C为例，描述结构在罕遇地震下的性能(见图4)。结构基底最大剪力如表4所示，括号内为与小震相应方向地震力的比值。罕遇地震作用下层间位移角见表5。

表4 罕遇地震作用下基底剪力

表5 罕遇地震作用下层间位移角

核心筒的破坏主要集中在连梁和连体范围及其上部的墙肢，当连梁纵向钢筋出现屈服时，连体范围及其上部核心筒外围个别墙肢及连梁周边部分墙肢就会出现受压损伤；连梁耗能效果明显，较多连梁纵筋受弯屈服。发生损坏连体范围及其上部核心筒外围墙体混凝土出现相对明显的受拉损伤，根据墙体的拉应变计算，绝大部分墙体的水平以及纵向分布钢筋都基本保持弹性。

框架柱混凝土未出现明显的受压损伤，核心筒四角的框架柱以及在塔楼屋面处的混凝土出现轻微受拉损伤。柱纵向钢筋应力约为350 MPa柱内纵筋进入塑性的程度非常浅，纵筋基本保持弹性。混凝土框架梁在支座、跨中出现了不同程度的拉损伤，但是并未发现受压破坏情况。梁端受拉钢筋屈服，出现塑性铰。

各楼层楼板钢筋塑性应变及拉压损伤，结果表明楼板受拉损伤较受压损伤明显，从高度方向上呈现中间损伤大于下部和上部楼板的损伤情况；从平面上呈现四角及核心筒周边损伤较为明显的情况。楼板受压损伤的区域主要集中在核心筒内楼板及沿核心筒周边的板带上。与连体相连的楼板拉压损伤都很明显，以桁架上下的楼板为甚，与连体相连的塔楼内板钢筋屈服。楼板受拉损伤在全楼范围均存在，尤以核心筒内部、塔楼的四角部位及连体周边楼板受拉损伤最为显著，楼板尚可有效的传递水平力；两栋塔楼中间的桁架连接体未发生塑性变形，仍保持弹性状态。

6 超限设计主要加强措施

针对本工程特点和已进行的小震、中震、大震计算分析，结合拟定的抗震性能目标，在施工图设计中将采取以下构造措施保证结构的抗震性能：

1)适当提高底部加强区核心筒剪力墙，特别是在中震作用下抗剪相对比较薄弱和大震下损伤相对严重的墙肢，通过提高边缘构件配筋率及墙肢分布筋进行加强，必要时 设置型钢予以加强。

2)对大震下揭露出破坏相对较为严重的连体上下楼层核心筒剪力墙进行加强，通过提高边缘构件配筋率及墙肢分布筋加强，必要时设置型钢予以加强。

3)对塔楼与连体相连部位进行加强。与连体桁架相连的框架柱采用型钢混凝土柱，顺桁架方向相连的框架梁采用型钢混凝土梁，对应核心筒部位增加钢骨。

4)对中震和大震下揭露的楼板破坏情况进行针对性加强。连体与塔楼连接部位、塔楼外侧角部破坏比较严重的部位，配筋适当加强及双层双向拉通。

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

王维一(1984- )，男，工程师

TU973

A