周熙波， 袁 晨， 王 海

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 武漢 430014)

1 工程概況

武漢華潤(rùn)萬(wàn)象城項(xiàng)目包括超高層寫字樓、超高層住宅及大型商業(yè)，整體建筑面積69.8萬(wàn)m2。住宅樓地下4層，地上42～52層不等，均采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。圖1為整體建筑效果圖。由于4棟住宅建筑平面類似，故本文以建筑高度最高的5#樓作為代表進(jìn)行闡述。5#樓52層，建筑屋面高度174.15m；其中1～2層為商業(yè)，3層為架空層，第4～52層為住宅。塔樓和底部大型購(gòu)物中心采用防震縫分開。

建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：重要構(gòu)件(包括落剪力墻、框支柱、框支梁)為一級(jí)，其他構(gòu)件為二級(jí)。結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類。抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g。基本風(fēng)壓w0=0.35kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度C類，考慮建筑物相互干擾系數(shù)后，風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.54，考慮順風(fēng)向、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的影響。

圖2 風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼掌?/p>

由于本建筑物高度超限，且高寬比為15.1，長(zhǎng)寬比為4.2，均較大，對(duì)風(fēng)荷載較敏感，故必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。圖2為安裝在風(fēng)洞試驗(yàn)段內(nèi)轉(zhuǎn)盤上的模型照片。經(jīng)分析比較，取110°試驗(yàn)角度為最不利方向：50年一遇風(fēng)荷載順風(fēng)向風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果在部分樓層大于按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[1](簡(jiǎn)稱《荷載規(guī)范》)計(jì)算的結(jié)果，橫風(fēng)向風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果略小于按《荷載規(guī)范》計(jì)算的結(jié)果；頂點(diǎn)加速度值可以滿足舒適度要求[2]。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，取風(fēng)洞試驗(yàn)和規(guī)范風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果包絡(luò)值，其結(jié)果比較見表1。

風(fēng)洞試驗(yàn)與包絡(luò)計(jì)算結(jié)果對(duì)比 表1

圖3 兩種方案結(jié)構(gòu)平面布置圖

2 結(jié)構(gòu)體系

2.1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)方案比選

本建筑平面尺寸54.8m×18.1m(細(xì)腰部寬9.8m)，按平面典型寬度計(jì)算的高寬比為15.1，遠(yuǎn)超過(guò)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)[3](簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)限值。如何合理布置轉(zhuǎn)換層以上剪力墻結(jié)構(gòu)體系，保證建筑物的整體剛度以及轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性也是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

方案設(shè)計(jì)階段即優(yōu)化平面戶型布置階段，使樓、電梯間部分的布置盡量規(guī)整，以保證Y向分隔墻盡量對(duì)齊；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)換層以上剪力墻結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行了兩種方案的對(duì)比：方案一為常規(guī)剪力墻結(jié)構(gòu)，方案二為改進(jìn)后的剪力墻多筒體結(jié)構(gòu)。兩種方案結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖3。兩種方案Y向主要剪力墻位置及墻厚大體相同，方案二相對(duì)于方案一主要有以下改進(jìn)：

(1)利用建筑立面窗間墻，在建筑物外圍增加若干X向剪力墻，各墻肢間門窗洞口梁形成連梁，建筑物在轉(zhuǎn)換層以上外圍形成基本圍合的連肢墻。

(2)樓、電梯間外圍除門洞口外，其余剪力墻均拉通。戶內(nèi)剪力墻均由同墻厚連梁連接，整體結(jié)構(gòu)形成圖3(b)中虛線框所示的A，B，C，D，E這5個(gè)剛度較大的筒體。

(3)利用建筑立面構(gòu)造，外圍飄窗位置的梁上翻形成強(qiáng)連梁，以增加外圍剛度。

(4)兩側(cè)山墻部位剪力墻厚由500mm優(yōu)化為400mm;取消戶內(nèi)次梁，樓面板適當(dāng)加厚(按板跨的1/35控制)，提高了結(jié)構(gòu)整體剛度，同時(shí)也有利于戶內(nèi)房間靈活分隔。

兩種方案的剛度指標(biāo)對(duì)比結(jié)果詳見表2。根據(jù)對(duì)比結(jié)果可看出，采用剪力墻多筒體結(jié)構(gòu)后，建筑物整體結(jié)構(gòu)剛度得到有效提高：結(jié)構(gòu)基本周期由5.67s降為4.88s，Y向剛重比由1.45提高到1.82。計(jì)算的方案一X向剪重比為0.0079，比《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)[4](簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》)規(guī)定的最小值低37%，不滿足《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》(建質(zhì)〔2015〕67號(hào))的要求，須增加建筑X向剛度；而方案二則經(jīng)剪力調(diào)整后即可滿足要求。

綜上對(duì)比結(jié)果，本工程轉(zhuǎn)換層以上采用方案二的剪力墻多筒體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)區(qū)為地下室頂板至6層(即轉(zhuǎn)換層上2層)。主要剪力墻厚度隨樓層變化如下：4～13層為400mm，14～26層為350mm，27～38層為300mm，39層及以上為250mm。相應(yīng)墻身混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化為：25層及以下為C60，以上每5層降低一個(gè)等級(jí)，直至C35。底部加強(qiáng)區(qū)及上部剪力墻軸壓比均控制在0.5以內(nèi)?？蚣芰杭斑B梁截面寬度同墻厚，梁截面尺寸見圖3(b)。

方案一與方案二的主要計(jì)算指標(biāo)對(duì)比 表2

2.2 框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

住宅底部為商場(chǎng)，根據(jù)建筑功能需求，上部住宅部分剪力墻不能落地，采用框支框架進(jìn)行轉(zhuǎn)換。1～2層商業(yè)建筑平面圖見圖4。轉(zhuǎn)換梁采用型鋼混凝土梁，轉(zhuǎn)換柱采用鋼骨混凝土柱。由于上部墻體對(duì)齊布置，故需轉(zhuǎn)換的剪力墻均為框支主梁一次轉(zhuǎn)換。部分X向外圍窗間剪力墻肢段偏心轉(zhuǎn)換，通過(guò)有限元分析設(shè)計(jì)保證其安全性。主要落地剪力墻設(shè)在樓電梯筒及山墻部位(圖4)。落地剪力墻在轉(zhuǎn)換層以下厚600～800mm，框支柱截面尺寸為800×1 200～1 200×2 000，均采用C60混凝土；框支梁截面高度均為2 200mm，寬度為800～1 450mm，凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。底層框支柱軸壓比最大值為0.54，滿足抗震等級(jí)特一級(jí)柱軸壓比0.6限值要求。對(duì)局部剪跨比≤2的短柱，嚴(yán)格控制其軸壓比不超過(guò)0.5。4層為轉(zhuǎn)換層，樓板厚度190mm，其相鄰上下樓層樓板厚度150mm，其他各層典型樓板厚度100～120mm。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面布置圖及空間示意見圖5。

圖4 1～2層商業(yè)建筑平面圖

圖5 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面布置圖及空間示意圖

轉(zhuǎn)換層上層為主體結(jié)構(gòu)豎向剛度突變部位，該樓層剪力墻承受較大剪力，剪力墻厚400mm。經(jīng)計(jì)算，5～6層部分剪力墻中需設(shè)置6～12mm厚鋼板以提高其抗剪性能[5]。鋼板剪力墻中鋼板及端部型鋼柱與型鋼轉(zhuǎn)換梁采用焊接連接，并在鋼板根部設(shè)縱向箍筋連接板，解決轉(zhuǎn)換梁箍筋被墻身鋼板截?cái)嗟膯栴}，其連接構(gòu)造詳見圖6。

圖6 鋼板(型鋼)混凝土剪力墻與型鋼轉(zhuǎn)換梁連接構(gòu)造

整個(gè)項(xiàng)目地下室連為整體，不設(shè)變形縫。上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位為地下室頂板，地下部分利用電梯井道與其他分隔墻增加數(shù)片鋼筋混凝土剪力墻，以提高塔樓相關(guān)范圍地下部分的抗側(cè)剛度，滿足地下1層與首層剛度比大于2的要求。型鋼框支柱腳采用外包式剛接柱腳。

3 結(jié)構(gòu)超限情況及性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)

3.1 結(jié)構(gòu)超限情況

本工程結(jié)構(gòu)高度174.15m，屬超B級(jí)高度的超限高層。不規(guī)則項(xiàng)共3項(xiàng)，分別為：1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，Y向考慮偶然偏心的最大位移與層平均位移的比值最大值為1.31；2)凹凸不規(guī)則，平面Y向外凸尺寸大于相應(yīng)邊長(zhǎng)的30%；3)構(gòu)件間斷，部分剪力墻為框支轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換部位在3層以上。

抗震性能目標(biāo) 表3

3.2 抗震性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)

由于本工程屬超B級(jí)高度的超限高層，采用了性能化抗震設(shè)計(jì)，抗震性能目標(biāo)定為C類，見表3[6]。

4 結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

4.1 小震下彈性分析

計(jì)算分析采用YJK(1.8.3版)和MIDAS Building(2017版)。分析時(shí)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響的振型分解法(CQC法)并考慮偶然偏心的影響，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05。通過(guò)比較抗震設(shè)防烈度6度及《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2015)的反應(yīng)譜曲線后，取地震影響系數(shù)αmax=0.054，周期折減系數(shù)取0.90。YJK分析的結(jié)構(gòu)周期為：T1=4.88s(Y向平動(dòng))，T2=3.83s(X向平動(dòng))，T3=2.84s(扭轉(zhuǎn))。T3/T1=0.58，滿足《抗規(guī)》要求。

兩種軟件計(jì)算的主要指標(biāo)對(duì)比見表4。兩種軟件的計(jì)算結(jié)果基本一致，通過(guò)表中樓層剪力和傾覆力矩的比較可知：該建筑在X向由地震起控制作用，在Y向由風(fēng)荷載起控制作用。地震及風(fēng)荷載作用下最大層間位移角均小于《高規(guī)》規(guī)定的1/806限值。由于本工程平面凹凸不規(guī)則，采取了以下措施減少其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)：1)采用剪力墻多筒體結(jié)構(gòu)，并盡可能增加外圍連梁高度，如飄窗部位連梁截面增加為200×1 150，以此提高外圍抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的整體剛度；2)以計(jì)算的層間位移角較大的端部山墻作為落地墻，并加大其厚度；3)細(xì)腰部位(圖3(b)中C區(qū)域)剪力墻加厚，且該區(qū)域樓板厚度增加為150～180mm，板配筋雙層雙向構(gòu)造加強(qiáng)。計(jì)算結(jié)果表明：X向、Y向偶然偏心地震作用下，樓層豎向構(gòu)件最大層間位移與平均層間位移之比均不大于1.4；結(jié)構(gòu)兩個(gè)主方向剛重比均大于1.4，滿足整體穩(wěn)定的要求；結(jié)構(gòu)Y向剛重比小于2.7，結(jié)構(gòu)計(jì)算中需要考慮重力二階效應(yīng)。

主要計(jì)算指標(biāo)對(duì)比 表4

本工程6度設(shè)防，結(jié)構(gòu)X向、Y向的基本周期均大于3.5s且小于5.0s，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，最小剪力系數(shù)按0.2αmax=0.0108(αmax取0.054)取值。計(jì)算表明：X向1～12層、Y向1層的剪重比不滿足要求。分別將各樓層的X向及Y向的地震力乘以相應(yīng)放大系數(shù)(X向和Y向最大放大系數(shù)分別為1.17和1.06)，使所有樓層的剪重比都滿足《抗規(guī)》要求。調(diào)整前后的剪重比比較如圖7所示。

圖7 小震作用下的樓層剪重比

通過(guò)試算調(diào)整框支柱、轉(zhuǎn)換梁和上部剪力墻、連梁的截面及型鋼規(guī)格使框支框架剛度同時(shí)滿足《高規(guī)》中轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不小于0.6，且轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比不小于0.8。另一方面，由于落地剪力墻數(shù)量有限，故還應(yīng)控制框支柱、轉(zhuǎn)換梁的截面在一定范圍內(nèi)，不宜過(guò)大，以滿足框支框架承擔(dān)的傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%的要求。表5給出了轉(zhuǎn)換層及其相鄰上層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度及比值，表6給出了轉(zhuǎn)換層及其下部結(jié)構(gòu)(1～4層)與上部結(jié)構(gòu)(5～9層)的等效側(cè)向剛度及比值。表7為結(jié)構(gòu)底部樓層框支框架承擔(dān)的傾覆力矩占比。

轉(zhuǎn)換層及其相鄰上層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度及比值 表5

轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度及比值表6

結(jié)構(gòu)底部樓層框支框架承擔(dān)的傾覆力矩及其占比 表7

4.2 中震等效彈性驗(yàn)算

中震等效彈性計(jì)算采用水平地震影響系數(shù)αmax=0.16，計(jì)算參數(shù)取值見表8。經(jīng)計(jì)算，中震下結(jié)構(gòu)Y向最大層間位移角1/403，關(guān)鍵構(gòu)件和普通豎向構(gòu)件(表3)滿足正截面承載力不屈服、受剪承載力彈性要求；耗能構(gòu)件滿足受剪承載力不屈服要求。

樓梯間筒體外側(cè)落地剪力墻在中震作用下1～3層出現(xiàn)拉應(yīng)力。通過(guò)在墻身內(nèi)設(shè)置型鋼(含鋼率1.6%)并提高墻身豎向配筋率(配筋率0.6%)控制其全截面拉應(yīng)力不超過(guò)兩倍混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

不同地震水準(zhǔn)下主要計(jì)算參數(shù)對(duì)比 表8

4.3 彈性時(shí)程分析

結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析采用了5組天然地震波和2組人工波進(jìn)行分析。地震波為三向波，有效持續(xù)時(shí)間均大于5倍結(jié)構(gòu)基本周期。

根據(jù)表9的比較結(jié)果，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力大于CQC法計(jì)算結(jié)果的65%，7條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于CQC法計(jì)算結(jié)果的80%，滿足《抗規(guī)》規(guī)定。時(shí)程計(jì)算的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征、變化規(guī)律與CQC法分析結(jié)果基本一致。7條波的層間位移角平均值與CQC法計(jì)算的層間位移角曲線見圖8。

彈性時(shí)程分析與CQC法基底剪力比較 表9

圖8 彈性時(shí)程分析和CQC法的層間位移角曲線

4.4 大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

本項(xiàng)目進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性分析。分析采用PREFORM-3D軟件。

采用5條天然地震波和2條人工波，均為三向輸入。計(jì)算結(jié)果顯示：大震作用下，結(jié)構(gòu)Y向最大層間位移角為1/203(天然波2)。圖9為結(jié)構(gòu)基底剪力相對(duì)較大的2條波(天然波2、人工波1)計(jì)算的層間位移角曲線及7條波的平均層間位移角曲線。

圖9 大震作用下層間位移角曲線

通過(guò)對(duì)各組波輸入下結(jié)構(gòu)變形和塑性損傷的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)天然波2沿Y向?yàn)橹飨蜉斎胂陆Y(jié)構(gòu)破壞程度相對(duì)最大。其破壞形態(tài)可描述為：結(jié)構(gòu)在第7s逐漸進(jìn)入彈塑性狀態(tài)；中下部樓層連梁最先出現(xiàn)塑性鉸，然后中上部連梁也進(jìn)入塑性狀態(tài)，連梁損傷迅速發(fā)展，且隨時(shí)程輸入持續(xù)連梁損傷逐步累積，部分框架梁出現(xiàn)損傷，但均沒有超過(guò)LS水準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)框架柱、剪力墻、轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁在罕遇地震下均處于彈性狀態(tài)。構(gòu)件塑性耗能比例：連梁約87.0%，框架梁約13%。轉(zhuǎn)換梁分析結(jié)果表明：在罕遇地震作用下，其轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于OP狀態(tài)的最大利用率在0.6左右，其抗剪對(duì)應(yīng)于OP狀態(tài)的最大利用率在0.8左右。說(shuō)明轉(zhuǎn)換梁可以保持彈性工作狀態(tài)。

綜上所述，并參考文獻(xiàn)[7]中的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，大震彈塑性分析的結(jié)論為：1)結(jié)構(gòu)豎立不倒，結(jié)構(gòu)最大層間位移角可以滿足前述性能目標(biāo)(<1/202)；2)所有豎向構(gòu)件及轉(zhuǎn)換構(gòu)件均沒有出現(xiàn)塑性損傷；3)部分連梁屈服耗能，部分框架梁參與塑性耗能，未出現(xiàn)危及結(jié)構(gòu)整體安全的損傷。大震下結(jié)構(gòu)性能優(yōu)于3.2節(jié)提出的性能目標(biāo)。

5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程采用鉆孔灌注樁+筏板的基礎(chǔ)形式，通過(guò)對(duì)直徑900mm及1 000mm兩種樁型的經(jīng)濟(jì)性比較，樁采用直徑φ900鉆孔灌注樁。樁端及樁側(cè)復(fù)式后壓漿，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，有效樁長(zhǎng)40.0m左右。樁端持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁端進(jìn)入持力層深度≥4.5m；計(jì)算樁身強(qiáng)度時(shí)考慮樁身鋼筋的抗壓作用，樁身縱筋配筋率0.65%，單樁抗壓承載力特征值8 000kN。整體筏板厚度3.0m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40?；A(chǔ)平面布置形式見圖10。

圖10 基礎(chǔ)平面布置圖

6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

6.1 超限審查專家意見及應(yīng)對(duì)措施

本工程通過(guò)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查，專家提出的主要意見及設(shè)計(jì)計(jì)算中采取的應(yīng)對(duì)措施如下：

(1) 調(diào)整結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)，對(duì)框支框架的抗震等級(jí)應(yīng)予以提高。措施：底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻、框支柱、框支轉(zhuǎn)換梁的抗震等級(jí)由一級(jí)調(diào)整為特一級(jí)，其他部位剪力墻、框架柱、框架梁、連梁抗震等級(jí)為一級(jí)；地下1層所有構(gòu)件抗震等級(jí)同1層；地下2～4層剪力墻及框架抗震等級(jí)逐層降低一級(jí)。

(2) 對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，要求框支框架按大震不屈服的性能水準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換層樓板應(yīng)按《高規(guī)》第10.2.24條驗(yàn)算罕遇地震下的不利截面抗剪要求。措施：進(jìn)行轉(zhuǎn)換構(gòu)件的應(yīng)力分析，詳見第6.2節(jié)；進(jìn)行罕遇地震下樓板應(yīng)力分析，驗(yàn)算轉(zhuǎn)換層樓板不利截面抗剪承載力，詳見第6.3節(jié)。

(3) 地下室頂板高差處應(yīng)按各樓情況采取加強(qiáng)措施，對(duì)地下室頂板開洞處應(yīng)采取加強(qiáng)措施，確保地震下剪力傳遞途徑。措施：地下室頂板與周邊地下室頂板高差處采用梁板雙面加腋，頂板局部洞口周邊板厚不小于250mm，配筋率≥0.25%。

(4) 補(bǔ)充結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和水平地震(包括大震)作用下的整體抗傾覆驗(yàn)算。措施：驗(yàn)算最不利條件下，結(jié)構(gòu)整體抗傾覆滿足要求。

由于高寬比較大，超限審查專家對(duì)本工程的抗傾覆驗(yàn)算提出了更嚴(yán)格的要求：計(jì)算模型不考慮塔樓范圍以外的裙樓及地下室，驗(yàn)算塔樓在風(fēng)荷載及罕遇地震下的抗傾覆穩(wěn)定。經(jīng)計(jì)算，在上述最不利條件下，結(jié)構(gòu)滿足抗傾覆力矩/傾覆力矩的比值>1.1的要求，驗(yàn)算結(jié)果見表10。

最不利條件下結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果 表10

6.2 轉(zhuǎn)換構(gòu)件的應(yīng)力分析

轉(zhuǎn)換梁、框支柱采用小震彈性、中震等效彈性、大震不屈服計(jì)算包絡(luò)設(shè)計(jì)。整體計(jì)算時(shí)采用桿件模型，對(duì)于第2.2節(jié)中提到的轉(zhuǎn)換梁上的墻相對(duì)于轉(zhuǎn)換梁偏心時(shí)，計(jì)算模型采用簡(jiǎn)化方法，如圖11所示。沿轉(zhuǎn)換梁中軸線每隔500mm(此處應(yīng)與墻元模型劃分最小尺寸模數(shù)對(duì)應(yīng))建一根懸挑剛性桿，連接轉(zhuǎn)換梁軸心與上部墻底軸心，懸挑桿端設(shè)封口剛性梁，上部墻體以該剛性梁為支座。上部剪力墻底的偏心彎矩通過(guò)剛性桿支座彎矩模擬。

圖11 剪力墻偏心轉(zhuǎn)換的簡(jiǎn)化模型

分別采用YJK軟件和MIDAS Building對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行了不利荷載組合工況下的有限元分析。兩種軟件對(duì)轉(zhuǎn)換梁均采用實(shí)體單元分析，得到的轉(zhuǎn)換梁的應(yīng)力基本一致。轉(zhuǎn)換梁在多遇地震作用下的主應(yīng)力及剪應(yīng)力云圖見圖12、圖13。結(jié)果顯示，部分轉(zhuǎn)換梁在支座部位剪應(yīng)力較大，故在轉(zhuǎn)換梁內(nèi)設(shè)置鋼骨，提高其抗剪能力。對(duì)按實(shí)體單元分析得到的轉(zhuǎn)換梁應(yīng)力沿截面進(jìn)行應(yīng)力積分，得到截面內(nèi)力，然后根據(jù)截面內(nèi)力計(jì)算出各截面的配筋，轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱配筋均在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算包絡(luò)設(shè)計(jì)所控制的范圍內(nèi)。表11比較了部分轉(zhuǎn)換梁分別按實(shí)體單元與桿件單元計(jì)算的小震下的最大彎矩和剪力，其中轉(zhuǎn)換梁位置見圖14。由表11可知，按桿件單元計(jì)算的小震下的轉(zhuǎn)換梁最大彎矩和剪力值可以包絡(luò)按實(shí)體單元計(jì)算。

圖12 多遇地震下轉(zhuǎn)換梁主應(yīng)力云圖/(N/mm2)

圖13 多遇地震下轉(zhuǎn)換梁剪應(yīng)力云圖/(N/mm2)

圖14 轉(zhuǎn)移梁KZL1，KZL2，KZL3位置

多遇地震下不同單元模型的轉(zhuǎn)換梁計(jì)算結(jié)果比較表11

框支柱在大震下抗剪承載力采用強(qiáng)度控制，OP水準(zhǔn)取承載力標(biāo)準(zhǔn)值，承載力標(biāo)準(zhǔn)值按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：V為柱抗剪承載力；λ為柱計(jì)算剪跨比，當(dāng)λ<1時(shí)取1，當(dāng)λ>3時(shí)取3；N為考慮地震作用組合的柱軸向壓力設(shè)計(jì)值，當(dāng)N>0.3fckAc時(shí)取0.3fckAc，其中fck為柱混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，Ac為柱混凝土截面面積;ftk為柱混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;b為柱截面寬度;h0為柱截面有效高度；fyk為柱箍筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；Asv為柱截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；s為柱箍筋間距。

經(jīng)驗(yàn)算，所有框支柱抗剪承載力在OP性能水準(zhǔn)利用率都小于1.0，可以認(rèn)為本工程框支柱在大震下能夠滿足抗剪不屈服的要求。

6.3 罕遇地震下樓板應(yīng)力分析

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震等效彈性反應(yīng)譜法計(jì)算，圖15～17分別為4層樓板在雙向罕遇地震下剪應(yīng)力、X向正應(yīng)力、Y向正應(yīng)力云圖，圖18為3層樓板在雙向罕遇地震下剪應(yīng)力云圖。

圖15 4層樓板在雙向罕遇地震下剪應(yīng)力云圖/(N/mm2)

圖16 4層樓板在雙向罕遇地震下X向正應(yīng)力云圖/(N/mm2)

圖17 4層樓板在雙向罕遇地震下Y向正應(yīng)力云圖/(N/mm2)

圖18 3層樓板在雙向罕遇地震下剪應(yīng)力云圖/(N/mm2)

選取轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面中樓板最窄處的最不利剪切面[8]，其位置如圖14所示，根據(jù)《高規(guī)》第10.2.24條規(guī)定，并參考文獻(xiàn)[9]，驗(yàn)算該剪切面樓板在Y向罕遇地震下的受剪承載力如下：

(2)

(3)

式中：τ為計(jì)算截面剪應(yīng)力加權(quán)平均值；bf為驗(yàn)算截面寬度，取9 800mm，tf為驗(yàn)算截面厚度，取190mm；As為樓板計(jì)算截面的實(shí)配鋼筋截面面積；γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)，取0.85；fc為混凝土抗壓強(qiáng)度，罕遇地震下混凝土抗壓強(qiáng)度f(wàn)c取標(biāo)準(zhǔn)值；Vf為驗(yàn)算截面的剪力；βc為混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，當(dāng)樓板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35時(shí)，βc取1.0；fy為板鋼筋計(jì)算強(qiáng)度，罕遇地震下板鋼筋計(jì)算強(qiáng)度f(wàn)y取鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

轉(zhuǎn)換層樓板在罕遇地震下抗剪承載力滿足要求。

7 結(jié)論

(1)對(duì)于高寬比較大的超高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，采用剪力墻多筒體結(jié)構(gòu)，不僅可有效解決大高寬比結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度偏弱的問題，同時(shí)還能適當(dāng)減小墻厚，提高住宅面積利用率。

(2)高寬比、長(zhǎng)寬比均較大的超高層建筑，對(duì)風(fēng)荷載較敏感，應(yīng)進(jìn)行最不利條件下的結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算，并通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果復(fù)核結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)橫風(fēng)向振動(dòng)的最大加速度是否滿足舒適度要求。

(3)轉(zhuǎn)換梁宜采用型鋼混凝土梁。對(duì)剪力墻為偏心轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換梁，考慮上部墻體偏心彎矩的影響，可采用桿件模型進(jìn)行模擬計(jì)算，并根據(jù)應(yīng)力分析得到的其實(shí)際受力狀況進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

(4)部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換層及其上下相鄰樓層樓板進(jìn)行罕遇地震下的應(yīng)力分析，根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)樓板厚度及配筋。