碧悦广场 11#塔楼结构设计

碧悦广场 11#塔楼结构设计

涂宇琛 郑耿东

广东博意建筑设计院有限公司深圳分公司 广东深圳 518000

摘要:碧悦广场项目位于广东顺德区陈村镇，与广佛环线和7号线的转乘枢纽陈村站接邻，属于地铁上盖的标志性建筑。11#塔楼是公寓式酒店，属于超高层建筑，采用部分框支剪力墙结构体系，在商业顶层进行高位转换，同时存在严重液化地基，嵌固端不满足要求，核心筒收进等问题，有一定的设计难度。本文通过理论分析，模型试验研究等手段，对11#塔楼的结构设计进行了深入的研究，对于同类的超高层建筑有较好的参考价值。

关键词:超高层建筑；严重液化；部分框支剪力墙；双筒；结构设计

1、工程概况

碧悦广场项目位于广东省佛山市顺德区陈村镇横五路以北、陈村大道以东。项目总建筑面积约为61万m²，由地上17栋塔楼、商业裙房、架空绿化平台组成。本次所述11#塔楼建筑面积为48128.68 m²，地下2层，地上33层，结构高度155.95m，出屋面有高度为5~11m的斜幕墙构架。其中1～4层为商业，1~3层层高为5.4~6m，4层层高为8.09m（其中2.2m作为转换层夹层）；5～33层为公寓式酒店（5、16、25层为避难层），层高为4.5m。

2、基础设计概况

本工程设防烈度为7度（0.10g），Ⅲ 类场地，设计地震分组为第一组，按标准设防类。该场地存在较厚饱和砂土，经判定地基液化等级为严重液化，考虑该软土地震剪切波速大于90m/s，可不考虑软土震陷影响的问题。基础类型采用旋挖钻孔灌注桩，桩径为1200~1600mm，持力层为中风化泥质粉砂岩，有效桩长为20~45m，入岩深度约为6.5～10.5m。

由于场地严重液化，设计中考虑承台底下方1m，上方1.5m采用级配砂石进行换填，并根据《广东省建筑地基基础设计规范》中10.2.24、10.4.3条进行桩基承载力复核。具体做法是验算地震作用持续过程中和地震停止后（液化土层液化）的单桩竖向承载力是否满足要求，以及将地震作用持续过程中和风荷载作用下的基底剪力分别和桩水平承载力之和作比较，以确保桩基在液化土层中的安全性。

3、结构平面布置及选型

本工程按50年重现期基本风压为0.60KN/m²，地面粗糙度类别为B类。结构体系为钢筋混凝土部分框支剪力墙结构，超过B级高度，且在5层楼面存在大量框支转换，属高位转换。具有扭转不规则、竖向构件不连续、高度超限三项超限项。结构平面尺寸为58.5x27.7m，长宽比大于2，为减少结构扭转，在东西两侧中部各设置11x9m、15x9m的核心筒，其中西侧大核心筒沿高度分两次收进，东西核心筒中间为从5层直通屋面的天井。因建筑功能要求，外框梁大部分为390高的宽扁梁，因此周圈布置为绕核心筒排布较密的T形剪力墙和框架柱，间距普遍为2.2~5m之间，形成刚度较大的 “外筒”。同时为减少对建筑功能的影响，内外筒之间的框梁截面按200x1000设计以避免突出隔墙。因此转换层上部结构布置近似为密柱-双筒结构。典型建筑平面如图1所示。

图1 11#塔楼标准层建筑平面

4、结构分析

本工程采用国际通用结构计算软件ETABS 2016，盈建科结构设计软件YJK进行小震和中震对比分析，以及中国建筑科学研究院的SAUSAGE进行大震动力弹塑性分析。

表1 多遇地震作用下的计算结果汇总

由以上结果可知，两个结构分析软件计算结果接近，且均满足规范要求。

表2 大震下基底剪力及位移对比表

由以上结果可知，大震下位移角满足1/120的限值，结构能保持直立，基底剪力为小震弹性的4.6倍以上，重要构件均为轻微损坏，耗能构件损伤明显，能有效保护竖向构件，说明结构损伤合理，能达到预设的性能目标。

5、结构设计关键问题分析

设计小组要以房屋的整体优化设计为基本目标，必须让设计小组重视房屋的安全性、整体结构的科学性、居民住房的质量保证。在具体的设计和施工时，房屋整体模型必须要全方位的设计和构建，在设计中还包含了房屋的多层变量。在设计开始之前，设计小组要以实际情况为准选择合适的参数，全方位的把握和控制房屋的整体结构。近年来，有些设计小组和成员可以通过信息化的手段和措施去优化房屋的整体结构，做好房屋的基本构架工作，详细的设计情况如下所示：

5.1嵌固端选取

11#塔楼在地下室相关范围内仅有东西向的地下室外墙，南北向未能满足《抗规》6.1.14条关于2倍侧向刚度的要求。综合考虑结构的经济性，嵌固端选取的合理性，以及避免因塔楼嵌固在基础顶造成的多塔问题等因素后，最终确定将嵌固端选取在地下室顶板。为保证嵌固端刚度比，设计中通过在地下室相关范围内增设了较多南北方向的抗震墙，以及部分梁高加高等方式，有效地提高了地下室的抗侧刚度。

实际上因为地下室有大量人防墙，以及地下室周边土体约束等有利因素均未考虑进来，嵌固端刚度比是完全可以满足要求的。将嵌固端确定在地下室顶板，也是更加符合结构真实受力状态的做法。

5.2 框支梁柱受力分析

本工程在裙房顶（5层楼面）存在较多框支转换，属于高位转换，传力较为不利。采用YJK2.0.0软件中的实体构件模块，截取内力较大的转换单元，对框支梁柱及相关部位剪力墙进行实体单元划分，并分析在小震和中震作用下转换部位应力云图及构件内力的合理性，同时与未指定实体单元的杆壳单元模型的内力进行对比分析。

此外，对框支柱提取小震和中震弹性工况下的组合内力进行P-M曲线分析，保证框支柱在小震及中震弹性工况下均不会出现压弯屈服。

通过补充对转换关键部位的分析，确保转换部位能满足预设的小震、中震弹性的抗震性能目标。

5.3剪力墙面外刚接梁抗弯承载力复核

结构平面中部核心筒面外搭接框架梁且按刚接设计，框架梁截面200x1000，17层及以上楼层筒体墙厚300mm，因此剪力墙面外受力较为不利，对这部分面外搭接框架梁的剪力墙暗柱根据《高规》6.2.1条确定截面和弯矩，轴力按暗柱轴力考虑，在小震和风荷载组合下，进行暗柱面外压弯承载力的校核；中震作用下验算剪力墙面外承载力；大震作用下，框架梁采用壳元模拟，并根据小震及中震暗柱及剪力墙配筋设计进行弹塑性损伤分析。经分析，部分楼层暗柱纵筋配筋率需提高至1.5%~2.5%。

5.4剪力墙收进加强措施

因西侧大核心筒墙体沿竖向收进，且为减小对下部建筑的影响，因此存在上部标准层设置的剪力墙端柱（700x800）未直接落地，而是直接压在下层400厚剪力墙上的情况，为避免端柱集中力导致下部剪力墙压溃，因此在端柱下端剪力墙顶设置同柱宽的腰梁（700x1000），同时紧贴剪力墙设置斜柱进行过渡，并在剪力墙顶沿柱偏心方向布置框梁以承受偏心导致的拉压力。

另外，因核心筒墙体沿竖向有两次收进，收进处上下层的剪力墙在地震下应力均较大，大震下损伤较严重，因此需对该收进部位上下层剪力墙的水平和竖向分布钢筋进行加大，边缘构件配筋加强，连梁增设交叉斜筋等措施。

6、结论

碧悦广场11#塔楼作为液化地基上的存在高位框支转换的超高层结构，在设计上有一定的难度。本工程通过选取合理的结构形式，经济合理的嵌固端，受力合理的结构构件尺寸，经过仔细论证和研究，对关键部位和受力不利部位的分析和加强，达到了安全适用，经济合理，建筑美观，方便施工等要求，对于同类的超高层建筑有较好的参考价值。

参考文献：

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