高烈度區中震下受拉墻肢配置型鋼必要性研究
——以?？谑胁┝x鹽灶八灶棚戶區（城中村）改造項目八灶項目為例

陳健鵬

（綠地控股集團海南事業部，海口570100）

1 項目概況

本項目的基地位于?？谑旋埲A區。本區域以征收與改造為主，目標是改善城中村、舊城區居民生活環境和居住品質。本項目為純住宅33 層，建筑高度99 m，屬于高度超限項目，需進行超限審查。項目效果圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 項目效果圖Fig.1 Project rendering

圖2 項目立面圖Fig.2 Project facade

項目塔樓結構采用剪力墻抗側力體系，見圖3。

相關計算參數詳見表1。

圖3 標準層結構平面布置圖Fig.3 Standard floor structure flat

圖4 建筑效果圖Fig.4 Building rendering

圖5 計算模型Fig.5 Calculation model

表1 相關結構計算參數Table 1 Related structure calculation parameters

1.2 性能目標

中震時，應實現的構件性能水準見表2。

表2 中震應實現的構件性能水準Table 2 The The performance level of components under morderate earthquake

2 中震拉應力驗算

根據《超限審查技術要點》［1］第十二條（四）款規定:中震時出現小偏心受拉的混凝土構件應采用《高層混凝土結構規程》［2］中規定的特一級構造。中震時雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產生的平均名義拉應力超過混凝土抗拉強度標準值時宜設置型鋼承擔拉力，且平均名義拉應力不宜超過兩倍混凝土抗拉強度標準值（可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用），全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時可按比例適當放松［3］。進行中震時雙向地震作用下剪力墻墻肢由軸向力產生的平均名義拉應力驗算。

為避免結構在中震作用下出現較大拉力造成結構的損傷和不可恢復的過大變形，對中震作用下墻肢平均拉應力進行驗算，以滿足既定的抗震性能目標［4］。采用PKPM 軟件對結構進行中震不屈服計算，根據PKPM 計算結果，可以得出每片墻肢在地震作用下的拉力（壓力）及恒載和活載作用下的壓力，從而根據如下關系得出墻肢拉應力和混凝土抗拉強度標準值ftk的倍數:

計算時拉力為正，壓力為負，并考慮地震沿兩個相反方向作用。考慮到剪力墻是整體抵抗地震作用的，所以完全按照SATWE的墻肢劃分是不盡合理的，應按照相連剪力墻作為一個整體在各種工況下的拉力進行驗算；同時對于圍成筒體的墻肢也按一個整體計算各種工況下的拉力和相應的拉應力。

對于不滿足要求的墻肢，可配置型鋼暗柱。配置型鋼后，剪力墻用滿足拉應力截面控制條件:

同時，按照《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》［1］，對于小偏拉構件，當拉應力超過超過混凝土抗拉強度標準值時宜設置型鋼承擔拉力，所以型鋼暗柱的截面面積在滿足截面控制條件的同時還需滿足:

3 直接彈性與動力彈塑性分析

3.1 直接彈性法

采用SATWE 軟件中的中震不屈服菜單進行計算（表3）。

結果分析:

根據不同的性能水準要求，并非要求所有的構件均為不屈服或彈性，比如在某一性能水準下，要求中震作用下豎向構件、轉換構件、懸挑和大跨部位構件滿足不屈服或彈性，而水平構件截面抗彎承載力可以小于不屈服設計的要求，進入延性屈服階段，或者說，在中震作用下，已經有部分或很多水平構件出現了塑性鉸，而這些鉸的存在會對結構剛度、阻尼以及內力的分配等產生影響。這時，如果采用上述計算方法，則未考慮到這些水平構件進入延性屈服階段的影響，因此計算是很不準的，而且計算出來的內力嚴重偏大，非常不合理。

表3 中震等效彈性計算方法參數取值Table 3 Equivalent elasticity value under moderate earthquake

圖6 第一層墻肢拉應力倍數Fig.6 Level one wall limb tensile stress multiple

圖7 第一層墻肢型鋼配置圖Fig.7 Level one wall limb merchant steel position

圖8 型鋼截面圖Fig.8 Merchant steel section

3.2 動力彈塑性法

采用SAUSAGE 對本結構進行中震彈塑性分析，此處采用三條與規范譜十分吻合的三向人工波（圖9-圖11）響應，提取設防地震作用下剪力墻名義拉應力數值進行計算，各墻肢拉應力倍數見圖12，可以看出，在設防地震作用下，各墻肢拉應力倍數均小于一倍的ftk，可不設置型鋼。

圖9 RH1TG055反應譜Fig.9 RH1TG055 response spectrum

結果分析:

常規的小震彈性設計是按照疊加原理來的。把恒載、活載、風、地震工況內力計算完以后，各工況按照組合系數疊加。SAUSAGE 是實際地震波加載，采用雙向地震波輸入，主次三方向地震波峰值比為1∶0.85∶0.65。動力彈塑性非線性分析，混凝土出現損傷以后，其剛度會退化，內力會減小。由于材料本構關系已經限定了材料的抗拉應力是不可能超過ftk，但是混凝土退出工作，剪力墻抗拉強度僅剩鋼筋的強度，鋼筋還可以繼續受拉，所以軸向的拉力還可能增加。這種假設是符合結構墻肢實際的受力情況的。

圖10 RH3TG055反應譜Fig.10 RH3TG055 response spectrum

圖11 RH4TG055反應譜Fig.11 RH4TG055 response spectrum

圖12 第一層墻肢拉應力倍數Fig.12 The tensile stress multiple of the first floor wall limb

4 經濟性對比

在保證建筑物安全性的前提下，對綠地?？诘貐^超限項目的經濟性進行了對比。以周邊同類項目配置型鋼增加的成本為例:

表4 為采用傳統方法配置型鋼相關經濟性指標，結合型鋼市場價格，每平方米節省結構成本21.6 元。該項優化涉及項目面積共計55 萬平方米，共計降低結構成本1 233 萬元，并極大地減少了施工難度，加快了工程進度。

表4 鋼筋含量測算Tab 4 Reinforcement content calculation

綜上，在高烈度區中震作用下用彈塑性方法進行設計，在成本控制上也很具優勢。

5 結 論

（1）全截面混凝土的名義拉應力只表示混凝土構件承受拉力的大小。而構件的安全度、裂縫寬度的大小取決于鋼筋的應力水平。

（2）混凝土受拉構件的破壞始于鋼筋的屈服，破壞形態是典型的延性破壞，理論上不需要采用特一級構造。

（3）中震作用下小偏心受拉構件是否配型鋼是一個構件的設計問題，可根據其具體受力情況由設計人確定。

本項目采用動力彈塑性方法，更符合結構墻肢實際的受力情況，因此本工程在中震雙向地震作用下，全部墻肢不配置型鋼。