重慶華潤中心二期T5塔樓結構設計

摘要 重慶華潤中心二期T5塔樓房屋高度為192.100 m，采用部分框支剪力墻結構體系。針對塔樓存在超B級高度、高位轉換、剛度突變、豎向構件不連續以及局部不規則等超限不規則項，通過小震彈性計算、中大震等效彈性計算，大震彈塑性時程補充計算，以及對穿層墻柱、局部斜撐、梁式轉換層典型節點等的專項計算分析，保證結構設計能夠滿足國家規范和抗震性能化設計要求。

關鍵詞 部分框支剪力墻結構； 超高層； 高位轉換； 性能化設計

中圖分類號 TU973.1+2 文獻標志碼 A

1工程概況

重慶華潤中心二期項目位于重慶市九龍坡區，北鄰龍騰大道，西鄰謝家灣正街。本場地抗震設防烈度為6度（0.05g），設計地震分組為第一組，場地類別為I1類，特征周期T_g=0.25 s。項目總建筑面積為503 923.37 m²。地上建筑包含T1～T5共5棟超高層塔樓，通過4層商業裙房相連；另有一棟2層幼兒園建筑。地下室層數為3層（局部4層）。

T2～T5塔樓情況基本相同，本文以T5塔樓為例進行探討。T5塔樓地上58層，地下3層，房屋高度為192.100 m，包含4層裙房，裙房高度為24.800 m，采用部分框支剪力墻結構。

2結構設計

2.1結構設計等級

由于本建筑建筑功能上、下分區，故將裙房商業及地下室的抗震設防類別設為重點設防類（乙類），安全等級為一級；塔樓住宅區設為標準設防類（丙類），安全等級為二級。地基基礎設計等級為甲級，建筑結構防火等級為一級，設計使用年限為50年。

2.2嵌固端選取

T5塔樓嵌固端設置在LG層板面。塔樓周邊地下室擋墻的關系如圖1所示，根據GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》［2］，地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，應避免在地下室頂板開設大洞口。本項目T5塔樓左側為汽車坡道出入口，為考慮頂板開洞對于塔樓嵌固的影響，比較開洞模型與不開洞模型洞口周邊豎向構件在地下室頂板位置的水平變形情況［3］，可知開洞模型和不開洞模型，洞口周邊豎向構件的X、Y 2個方向水平位移基本一致，說明開洞處豎向構件及樓板能夠有效傳遞樓層水平力，開洞對嵌固作用影響可以忽略不記。

2.3基礎設計

T5號塔樓基礎采用嵌巖天然基礎，核心筒范圍為筏板基礎，轉換柱、裙房框架柱及地下室相關范圍框架柱為柱下獨立基礎，基礎設計時滿足重慶市工程建設標準DBJ50-047-2016《建筑地基基礎設計規范》［4］計算的嵌巖深度要求。

2.4風荷載體系系數

根據GB 50009-2012《建筑結構荷載規范》［5］規定，本工程T5塔樓與周邊塔樓距離較近，風環境復雜，需考慮建筑群之間的相互干擾，本項目通過數值風洞分析確定用于結構抗風設計的風壓分布及高層建筑間相互干擾下的風荷載增大系數。

塔樓風荷載體型系數采用建設單位提供的由重慶大學2019年3月完成的《重慶華潤中心二期項目風洞數值模擬研究報告》［6］中的體型系數，該系數已考慮高層建筑群之間的相互干擾增大系數，如表1所示。

2.5結構體系

T5塔樓5層板面以上住宅采用框架-剪力墻結構形式，標準層結構平面布置見圖2；為滿足底部商業裙房及住宅架空層對大空間的要求，在架空層（4層頂）設置轉換層（轉換層結構平面布置見圖3），形成部分框支剪力墻結構體系。

轉換層框支轉換主梁采用型鋼混凝土梁，框支梁主要截面為1 400 mm×2 500 mm（H2 000×300×35×35）、1 600 mm×2 500 mm（H2 000×300×35×35）；框支混凝土柱采用型鋼混凝土柱；樓板板厚為200 mm。混凝土等級均為C60。為避免轉換層局部降板對樓板傳遞水平力的不利影響，轉換層采用整體降400 mm的方式，以保證建筑使用功能（如廚房、衛生間等）和設備轉管的要求。

轉換層及以下剪力墻采用普通鋼筋混凝土剪力墻，轉換層以上2層由于抗剪承載力需要在剪力墻內設置鋼板形成鋼板混凝土剪力墻，同時在約束邊緣構件區上2層設置過渡層，結構抗震等級由特一級逐漸過渡到二級，剪力墻分布筋配筋率由0.4%過渡到0.25%。

2.6結構規則性判斷

依據住建部《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（2015年版）以及《重慶市超限高層建筑工程界定規定》（2016年版），本工程的超限情況判斷見表2。屬于超限高層建筑。

2.7抗震性能目標

針對本工程結構類型及不規則情況，設計采用結構抗震性能設計方法進行分析和論證，依據JGJ 3-210《高層建筑混凝土結構技術規程（以下簡稱《高規》）》對整體計算選用C級性能目標及相應的抗震性能水準， 不同結構構件的性能水準要求見表3。

3多遇地震彈性分析

3.1多遇地震彈性反應譜分析

本工程多遇地震作用下采用YJK1.9.3.2和Midas Building2019分別進行多遇地震作用下的反應譜計算。T5塔樓多遇地震反應譜的主要計算結果見表4，綜合計算結果表明，結構周期和自重適中，剪重比、剛重比符合規范要求。位移角和軸壓比滿足規范的限值要求，構件截面取值合理，結構體系選擇恰當。樓層側向剛度僅轉換層下一層（3層）與轉換層（4層）的比值小于90%，其余樓層與相鄰上層的側向剛度均大于90%，抗側剛度在3層有突變，屬于側向剛度不規則結構，設計時將3層的地震剪力放大1.25倍，并將3、4層的框支柱箍筋全長加密，體積配箍率不小于1.2%；同時，對軟弱層進行罕遇地震下的彈塑性變形驗算及損傷分析，保證軟弱層的框支柱及剪力墻在罕遇地震作用下不會發生塑性破壞。

3.2多遇地震彈性時程分析

根據GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》5.1.2條的規定，選取I 1類場地上5組實際強震記錄（天然波一～天然波五）以及2組人工模擬的場地波進行彈性時程分析，主方向地震波加速度峰值取0.18 m/s2，主方向與次方向的峰值加速度的比值為 1∶0.85。彈性時程分析的最大層間位移角及基底剪力詳見表5。

7組地震波作用下的結構基底剪力均在振型分解反應譜法計算基底剪力的65%～135%范圍內，7組地震波作用下的平均基底剪力在振型分解反應譜法計算基底剪力的80%～120%范圍內，滿足《高規》4.3.5 條要求。在用反應譜法進行計算時，對各層地震剪力乘以不小于1.0的剪力調整系數，以保證各層按反應譜方法計算的樓層剪力不小于彈性時程方法的平均值。

4設防地震等效彈性分析

按照抗震設防性能目標的要求，采用等效彈性陣型分解反應譜法進行設防地震彈性和設防地震不屈服計算，結合《高規》中不同抗震性能水準的結構構件承載力設計要求的相關公式，進行結構構件抗震性能驗算分析，取其與多遇地震彈性的包絡進行設計。

4.1整體參數計算結果

本工程進行設防地震等效彈性分析，整體指標計算結果表明，中震下X向最大層間位移角為1/574，Y向最大層間位移角為1/651，均滿足中震下結構的層間位移角限值（1/319）。

等效彈性分析計算配筋結果表明，關鍵構件及普通豎向構件的縱筋、抗剪鋼筋（梁柱箍筋、墻水平筋）的配筋值均在合理范圍內，沒有超筋現象，并且各構件的剪壓比均滿足規范要求，框架梁、連梁的抗剪箍筋及抗彎縱筋也均在合理范圍內，故按與小震彈性配筋結果進行包絡，能夠達到中震下的性能水準3。

4.2中震小偏拉驗算

中震時出現小偏心受拉的混凝土構件應采用《高規》中規定的特一級構造。按考慮雙向地震作用的中震等效反應譜法進行混凝土構件的偏心受拉驗算，驗算結果顯示：僅5層板面～6層板面部分剪力墻墻肢出現拉應力，且拉應力均未超過2倍ftk。本工程對5層板面～7層板面的墻肢無論是否受拉，均按特一級構造進行設計。

5罕遇地震等效彈性分析

按照抗震設防性能目標的要求，采用等效彈性陣型分解反應譜法進行罕遇地震彈性和罕遇地震不屈服計算，結合《高規》中不同抗震性能水準的結構構件承載力設計要求的相關公式，進行結構構件抗震性能驗算分析，取其與多遇地震、設防地震計算結果的包絡進行設計。

5.1整體參數計算結果

本工程進行罕遇地震等效彈性分析，整體指標計算結果表明，中震下X向最大層間位移角為1/230，Y向最大層間位移角為1/271，均滿足罕遇地震下結構的層間位移角限值（1/200）。

等效彈性分析計算配筋結果表明，關鍵構件的縱筋、抗剪鋼筋（梁柱箍筋、墻水平筋）的配筋值均在合理范圍內，沒有超筋現象，并且各構件的剪壓比均滿足規范要求，故按與多遇地震、設防地震配筋結果進行包絡，能夠達到大震下的性能水準4。

6罕遇地震彈塑性時程分析

采用SAUSAGE進行罕遇地震動力彈塑性時程分析，選取了2組天然波和1組人工波，輸入主方向最大加速度為125 cm/s2，次方向為106.3 cm/s2。為充分激勵建筑結構，輸入的地震動有效持續時間不小于結構基本周期的5倍和15 s。

6.1整體參數計算結果

3組地震波作用下結構在X、Y 2個主方向頂層最大位移分別為0.512 m、0.360 m，結構頂層典型水平位移時程曲線見圖4，水平位移不呈發散趨勢，結構在罕遇地震作用下不致發生倒塌［8］。每組地震波作用下結構的層間位移角及其對應的樓層號見表6，X、Y方向各地震波對應的結構層間位移角曲線分別見圖5、圖6。結構在X方向的層間位移角最大值為1/235，出現在36層；結構在Y方向的層間位移角最大值為1/343，出現在44層。結構在X、Y 2個方向層間位移角均滿足抗震性能目標1/200的限值要求。

6.2大震構件性能分析

彈塑性分析模型采用小震、中震及大震性能設計的計算配筋，配筋取結構計算與規范構造的較大值。通過混凝土應變、混凝土塑性損傷因子及鋼筋、鋼材的塑性應變可以宏觀判斷結構構件的塑性損傷情況，并按照一定的依據進行結構損傷程度的判斷［9］。底部加強區墻體、框支梁（含轉換次梁）、框支柱的混凝土及塑性損傷因子及鋼筋塑性應變，對關鍵構件構件損傷情況進行評價，見圖7～圖9。對不滿足罕遇地震下抗震性能目標要求的構件進行加強以滿足預設的性能目標要求。

按大震彈塑性時程分析結果對普通豎向構件、耗能構件、樓板等進行塑性損傷評價，均能滿足相應性能目標要求。

7專項分析

7.1穿層剪力墻和框架柱穩定性分析

L27～L28層由于建筑功能需要，存在2層通高的消防水箱間，故在28層的樓面開較大洞口，從而形成兩層通高（3.4+3.1=6.5 m）的剪力墻和框架柱。根據《高規》附錄D，提供的墻體穩定驗算方法，計算不同厚度剪力墻的穩定承載力。同時采用采用軟件MIDAS GEN 2017，進行穿層墻及穿層柱的彈性屈曲分析。綜合規范算法和軟件屈曲分析結果可知穿層剪力墻和框架柱穩定性滿足設計要求。

7.2斜撐受力分析

T5號塔樓東側靠近地下室外墻一側一根結構柱因位于地下室外生化池上方而無法落地，由主體結構懸挑8.5 m作為上部商業轉換；由于荷載較大，采用斜撐方案解決此樓層懸挑問題。

對斜撐及相鄰桿件按照中震抗剪彈性、抗彎不屈服及大震抗彎、抗剪不屈服進行計算分析。配筋均在合理的范圍內，按照包絡設計方法，斜撐構件能夠滿足所設定抗震性能設

計目標的要求。

7.3梁式轉換層典型節點分析

為了進一步分析轉換層轉換梁的安全性，采用ABAQUS分析軟件對梁式轉換構件進行彈塑性有限元分析，以確定轉換梁中材料是否滿足“中震彈性、大震不屈服”的設計目標并分析受力的薄弱部位。

從分析結果可知框支框架及上部剪力墻墻肢能夠滿足中震抗剪彈性、抗彎不屈服以及大震抗彎抗剪不屈服的性能目標，中震、大震下連梁端部混凝土開裂但未壓潰、鋼筋即將進入屈服，連梁端部將率先出現塑性鉸。

8結束語

本工程屬于高度超限的部分框支剪力墻結構，對結構進行了小震彈性分析、小震彈性時程分析、中大震性能化分析、大震彈塑性驗算以及專項分析。結果表明結構各項指標結果滿足規范要求，結構整體滿足抗震性能目標C的要求。結構設計安全合理，得到了業主和超限專家認可，并已順利通過重慶市超限高層建筑工程抗震設防專項審查，詳細分析過程參見本項目超限報告［10］。

參考文獻

［1］高層建筑混凝土結構技術規程：JGJ 3-2010 ［S］. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］建筑抗震設計規范（2016年版）：GB50011-2010 ［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016.

［3］吳強.高層建筑地下室頂板開洞的嵌固分析與抗震設計［J］.建筑結構，2018（S1）：278-283.

［4］建筑地基基礎設計規范：DBJ50-047-2016 ［S］.重慶：重慶市城鄉建設委員會，2016.

［5］建筑結構荷載規范：GB50009-2012.［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［6］重慶華潤中心二期項目風洞數值模擬研究報告［R］.重慶：重慶大學，2019.

［7］建筑結構抗倒塌設計規范：CECS 392：2014 ［S］.北京： 中國計劃出版社，2014.

［8］動力彈塑性時程分析技術在建筑結構抗震設計中的應用［M］.上海，上海科學技術出版社，2013：184-204.

［9］華潤中心二期商業綜合體（二十四城七期）1-T5號塔樓超限高層建筑工程抗震設防可行性論證報告［R］.成都：基準方中建筑設計股份有限公司，2019.