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海口某超限高层斜墙分析

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：康旭云

[导读] 摘要：本项目属于高度超限高层，采用框架-剪力墙结构，塔楼沿竖向不规则，中区楼层相对下层结构出挑1.7米，在十一层出挑位置结构采用斜墙传递竖向荷载，提取模型内力及配筋，采用XTRACT绘制斜墙P-M包络曲线，分析某片斜墙在中大震下承载力。

        广东博意建筑设计院有限公司佛山 528312
        摘要：本项目属于高度超限高层，采用框架-剪力墙结构，塔楼沿竖向不规则，中区楼层相对下层结构出挑1.7米，在十一层出挑位置结构采用斜墙传递竖向荷载，提取模型内力及配筋，采用XTRACT绘制斜墙P-M包络曲线，分析某片斜墙在中大震下承载力。
        关键词：超限；斜墙；承载力；P-M包络曲线
        引言：为模拟中大震作用下楼板出现损伤前后斜墙受力状态，同时减少分析的工作量，将从以下两种极端状态考虑斜墙周边楼板的贡献，上述构件取两种受力状态下的包络值进行抗震性能水准验算[1]：楼板未损坏，完全保留斜墙周边楼板的刚度，验算此状态下斜墙承载力；
        楼板损坏，斜墙周边楼板的刚度完全退化失效，验算此状态下中大震作用下斜墙承载力。
        1.项目概况
        该建筑位于海口市，建筑用途为超高层办公楼，地面以上三十二层，建筑高度119.1m；地下室1层，层高为4.7m。地上建筑面积46643.62m2，地下总建筑面积11793.76m2。首层商业，层高6m；2~10层为办公，层高3.9m；11层及25层均为避难层，层高3.9m；12~24层为办公，层高3.3m；26~32层为办公，层高3.9m。
        塔楼沿竖向不规则，中区楼层相对下层结构出挑1.7米，在十一层出挑位置结构采用斜墙传递竖向荷载。
        2.设计条件
        根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）[2]，本项目属于公共建筑，抗震设防类别划分为标准设防类（丙类），按本地区抗震设防烈度确定地震作用及抗震措施。根据《建筑抗震设计规范》（2016年版）及勘察报告，本工程抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类[3]。
        本项目地点距海岸线距离小于2km，根据《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点（试行）》第5.2.1条，海岸线2km范围内的地面粗糙度宜取A类[4]。
        3.结构选型及结构布置
        本工程塔楼的结构体系为框架-剪力墙结构，由框架和剪力墙共同构成多道防线，提供结构必要的重力荷载承载能力和抗侧刚度，其中部分剪力墙采用型钢混凝土剪力墙和钢板混凝土剪力墙。

        斜墙竖向传力构件局部示意图       图1 三维模型示意图
        4. 抗震设防性能目标
        根据《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点（试行）》第4.1.3条，本工程房屋高度超过B级最大适用高度比例19.1%，且结构存在平面凹凸不规则和其它不规则项，因此选用弱C级抗震性能目标。
        5. 斜墙竖向传力构件分析
        本工程中，由于建筑功能及结构布置的需要，中区楼层（12至25层）相对下层出挑1.7米，结构选择在十一层避难层设置斜墙传递上部竖向荷载，斜墙（篇幅所限，仅分析斜墙 Q11，）位置如下图2所示。为避免地震作用下斜墙发生破坏，对斜墙Q11提高性能水准，按关键构件设计（在设防烈度地震下抗弯不屈、抗剪弹性；罕遇地震下宜按极限承载力要求复核，满足抗剪截面的要求）[5]。

        图2十一层斜墙竖向传力构件平面示意图
        5.1.1 斜墙中震抗弯不屈服验算
        根据设定的抗震性能目标，斜墙需满足中震抗弯不屈服的抗要求，验算结果见表1。
        表1 斜墙中震抗弯不屈服验算结果

        从表1可见，楼板损坏前后，斜墙Q11中震内力未发生突变；斜墙Q11能满足中震不屈服性能目标要求。
        5.1.2 斜墙中震抗剪弹性验算
        根据设定的抗震性能目标，斜墙需满足中震抗剪弹性的性能要求。

        图3中震楼板损坏前斜墙剪压比       图4 中震楼板损坏后斜墙剪压比
        从图3~图4可以看出中震作用下周边楼板损坏后，斜墙Q11未发生突变，能满足中震不屈服最小受剪截面要求和承载力要求。
        5.2 斜墙大震正截面极限承载力验算
        根据《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点（试行）》第4.2.8条，验算斜墙在大震作用下的极限承载力，采用公式SGE+S*Ehk+0.4S*Evk≤Ru或SGE+0.4S*Ehk+S*Evk≤Ru计算。式中，Ru为按材料最小极限强度值钢材可取其极限强度𝜎b、钢筋取屈服强度标准值fyk的1.25倍、混凝土抗压强度取其立方强度标准值fcu，k的0.88倍。
        根据《混凝土结构设计规范》（2015年版）附录E的方法[6]，采用截面分析软件XTRACT[7]，根据斜墙实际配筋和材料的本构关系计算得到其截面承载力极限值，从而得到该墙的P-M包络曲线，最后将组合内力值与之比较得到结果，计算结果如表2所示。
        表2斜墙大震正截面极限承载力验算结果

        从表2可见，楼板损坏前后，斜墙Q11大震内力未发生突变，能满足大震正截面极限承载力的性能目标要求。
        6.结束语
        通过对斜墙进行等效弹性中震和大震作用承载力分析，考虑楼板损坏前后对斜墙影响，并提取楼板损坏前后两种极端情况的内力进行包络设计，使斜墙满足抗震性能要求。
        参考文献：
        [1]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（住房和城乡建设部建质[2015]67号）[S]
        [2]GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准[S]
        [3]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S]
        [4]海南省超限高层建筑结构抗震设计要点（试行）2018年12月[S]
        [5]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]
        [6]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]
        [7]XTRACT3.0.8帮助文档[M]