高烈度区中震下受拉墙肢配置型钢必要性研究
——以海口市博义盐灶八灶棚户区（城中村）改造项目八灶项目为例

陈健鹏

（绿地控股集团海南事业部，海口570100）

1 项目概况

本项目的基地位于海口市龙华区。本区域以征收与改造为主，目标是改善城中村、旧城区居民生活环境和居住品质。本项目为纯住宅33 层，建筑高度99 m，属于高度超限项目，需进行超限审查。项目效果图分别如图1、图2所示。

图1 项目效果图Fig.1 Project rendering

图2 项目立面图Fig.2 Project facade

项目塔楼结构采用剪力墙抗侧力体系，见图3。

相关计算参数详见表1。

图3 标准层结构平面布置图Fig.3 Standard floor structure flat

图4 建筑效果图Fig.4 Building rendering

图5 计算模型Fig.5 Calculation model

表1 相关结构计算参数Table 1 Related structure calculation parameters

1.2 性能目标

中震时，应实现的构件性能水准见表2。

表2 中震应实现的构件性能水准Table 2 The The performance level of components under morderate earthquake

2 中震拉应力验算

根据《超限审查技术要点》［1］第十二条（四）款规定:中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用《高层混凝土结构规程》［2］中规定的特一级构造。中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力，且平均名义拉应力不宜超过两倍混凝土抗拉强度标准值（可按弹性模量换算考虑型钢和钢板的作用），全截面型钢和钢板的含钢率超过2.5%时可按比例适当放松［3］。进行中震时双向地震作用下剪力墙墙肢由轴向力产生的平均名义拉应力验算。

为避免结构在中震作用下出现较大拉力造成结构的损伤和不可恢复的过大变形，对中震作用下墙肢平均拉应力进行验算，以满足既定的抗震性能目标［4］。采用PKPM 软件对结构进行中震不屈服计算，根据PKPM 计算结果，可以得出每片墙肢在地震作用下的拉力（压力）及恒载和活载作用下的压力，从而根据如下关系得出墙肢拉应力和混凝土抗拉强度标准值ftk的倍数:

计算时拉力为正，压力为负，并考虑地震沿两个相反方向作用。考虑到剪力墙是整体抵抗地震作用的，所以完全按照SATWE的墙肢划分是不尽合理的，应按照相连剪力墙作为一个整体在各种工况下的拉力进行验算；同时对于围成筒体的墙肢也按一个整体计算各种工况下的拉力和相应的拉应力。

对于不满足要求的墙肢，可配置型钢暗柱。配置型钢后，剪力墙用满足拉应力截面控制条件:

同时，按照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》［1］，对于小偏拉构件，当拉应力超过超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力，所以型钢暗柱的截面面积在满足截面控制条件的同时还需满足:

3 直接弹性与动力弹塑性分析

3.1 直接弹性法

采用SATWE 软件中的中震不屈服菜单进行计算（表3）。

结果分析:

根据不同的性能水准要求，并非要求所有的构件均为不屈服或弹性，比如在某一性能水准下，要求中震作用下竖向构件、转换构件、悬挑和大跨部位构件满足不屈服或弹性，而水平构件截面抗弯承载力可以小于不屈服设计的要求，进入延性屈服阶段，或者说，在中震作用下，已经有部分或很多水平构件出现了塑性铰，而这些铰的存在会对结构刚度、阻尼以及内力的分配等产生影响。这时，如果采用上述计算方法，则未考虑到这些水平构件进入延性屈服阶段的影响，因此计算是很不准的，而且计算出来的内力严重偏大，非常不合理。

表3 中震等效弹性计算方法参数取值Table 3 Equivalent elasticity value under moderate earthquake

图6 第一层墙肢拉应力倍数Fig.6 Level one wall limb tensile stress multiple

图7 第一层墙肢型钢配置图Fig.7 Level one wall limb merchant steel position

图8 型钢截面图Fig.8 Merchant steel section

3.2 动力弹塑性法

采用SAUSAGE 对本结构进行中震弹塑性分析，此处采用三条与规范谱十分吻合的三向人工波（图9-图11）响应，提取设防地震作用下剪力墙名义拉应力数值进行计算，各墙肢拉应力倍数见图12，可以看出，在设防地震作用下，各墙肢拉应力倍数均小于一倍的ftk，可不设置型钢。

图9 RH1TG055反应谱Fig.9 RH1TG055 response spectrum

结果分析:

常规的小震弹性设计是按照叠加原理来的。把恒载、活载、风、地震工况内力计算完以后，各工况按照组合系数叠加。SAUSAGE 是实际地震波加载，采用双向地震波输入，主次三方向地震波峰值比为1∶0.85∶0.65。动力弹塑性非线性分析，混凝土出现损伤以后，其刚度会退化，内力会减小。由于材料本构关系已经限定了材料的抗拉应力是不可能超过ftk，但是混凝土退出工作，剪力墙抗拉强度仅剩钢筋的强度，钢筋还可以继续受拉，所以轴向的拉力还可能增加。这种假设是符合结构墙肢实际的受力情况的。

图10 RH3TG055反应谱Fig.10 RH3TG055 response spectrum

图11 RH4TG055反应谱Fig.11 RH4TG055 response spectrum

图12 第一层墙肢拉应力倍数Fig.12 The tensile stress multiple of the first floor wall limb

4 经济性对比

在保证建筑物安全性的前提下，对绿地海口地区超限项目的经济性进行了对比。以周边同类项目配置型钢增加的成本为例:

表4 为采用传统方法配置型钢相关经济性指标，结合型钢市场价格，每平方米节省结构成本21.6 元。该项优化涉及项目面积共计55 万平方米，共计降低结构成本1 233 万元，并极大地减少了施工难度，加快了工程进度。

表4 钢筋含量测算Tab 4 Reinforcement content calculation

综上，在高烈度区中震作用下用弹塑性方法进行设计，在成本控制上也很具优势。

5 结 论

（1）全截面混凝土的名义拉应力只表示混凝土构件承受拉力的大小。而构件的安全度、裂缝宽度的大小取决于钢筋的应力水平。

（2）混凝土受拉构件的破坏始于钢筋的屈服，破坏形态是典型的延性破坏，理论上不需要采用特一级构造。

（3）中震作用下小偏心受拉构件是否配型钢是一个构件的设计问题，可根据其具体受力情况由设计人确定。

本项目采用动力弹塑性方法，更符合结构墙肢实际的受力情况，因此本工程在中震双向地震作用下，全部墙肢不配置型钢。