作者：郑晓敏
1 工程概况及超限情况
某大底盘双塔结构位于深圳市南山区后海附近，由两栋结构高度为159. 64m，总层数为45层的超高层住宅及25.65m高的4层商业裙房构成。住宅南、北塔平面分别呈L形和凹形，建筑总平面图见图1，结构模型见图2，在商业裙楼顶部（4层）对塔楼核心筒以外的剪力墙进行了转换，以保证下部商业的建筑功能。该工程抗震设防烈度为7度(0.1g)，地震设计分组为第一组，场地土类别为Ⅲ类。
结构典型楼层平面布置如图3所示，塔楼5层
以上结构抗侧力体系由剪力墙构成，标准层户型墙厚300~ 500mm，竖向交通筒因建筑开洞整体性较差，且筒平面细长（Y，向高宽比达19.7），抗侧效率较低，设计时将长边加厚至600mm，在转换层以下局部加厚为800~900mm，以发挥Y，向翼缘效应。住宅户型内最大梁高600mm，凸窗及落地窗梁高800mm。下部商业楼层梁高900mm，转换梁高2 200mm，柱截面尺寸最大1 400mm X1 400mm，部分转换梁、框支柱采用型钢混凝土截面。
考虑到下部商业功能要求框支柱整齐排列，塔楼个别剪力墙采用了二次转换方法，通过转换次梁承托上部剪力墙并将荷载传递至转换主梁，同时在次梁垂直方向设置连系梁共同受力，使转换结构协调变形、协同受力，增加了冗余度和抗震防线。
在南塔中存在较短的转换梁段，导致截面抗剪较难满足且梁段难以形成延性屈服机制，为解决该问题设置了加腋柱，如图4所示，利用斜腋类似斜柱的受力特点改变节点的传力路径和受力机理，短梁段受剪传力路径转变为斜腋轴向受力，上部墙体的荷载可更为直接地传递至框支柱。
本项目存在四项不规则项，如表1所示，针对塔楼扭转不规则，通过加强外围构件，并在平面突出户型布置剪力墙来减小整体和局部扭转效应；针对塔楼平面凹凸不规则，在凸出部位增大墙厚、柱截面及梁高，提高平面局部凸出部位的刚度，并加大与平面整体连接部位的楼板厚度，保证楼层整体协调变形；加厚转换层及裙房屋面楼板至180mm，并进行楼板应力分析和楼板开洞优化调整。工程采用性能化设计方法，分别进行了等效弹性和大震弹塑性时程分析，对包括底部加强区剪力墙、框支柱、转换梁在内的关键构件进行了中震、大震抗震性能目标的验算。
2 性能目标
针对本工程的超限项目，在进行多遇地震下弹性分析的同时，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中对结构提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标，采取了结构抗震性能化设计。抗震性能目标按照《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3-2010)（简称高规）第3. 11节内容取为C级，结构各类构件抗震性能目标如表2所示。
3 小震验算
分别采用SATWE和MIDAS Building软件进行了小震、风荷载作用下的计算，主要计算结果见表3。由表3可知，计算所得的各项指标均表现良好，满足规范相关要求。
4 中震验算
针对本项目设定的抗震性能目标，采用SATWE软件对构件中震作用下的承载力进行复核，验证结构是否满足所设定的抗震性能目标。计算采用等效弹性方法，分别进行中震弹性和中震不屈服分析，地震动参数如表4所示。
4.1墙柱拉力
中震作用下个别墙柱肢出现拉力，见图5，不考虑配筋及型钢的贡献，按截面平均应力计算，北塔最大拉应力为0.04MPa，南塔最大拉应力为1.11MPa，均小于C60混凝土抗拉强度标准值2.85MPa，考虑配筋和型钢后抗拉能力将进一步增大。
4.2墙柱不屈服及弹性验算
按高规要求塔楼剪力墙配筋率取底部加强区0.4%，非底部加强区0.25%，分别进行中震不屈服和中震弹性验算，所得剪力墙暗柱、墙身及柱子配筋率均在合理范围内，表明墙柱截面设计合理，能够满足中震性能目标。
4.3关键构件抗剪截面验算
提取中震弹性计算结果对转换层框支柱、剪力墙及转换梁进行抗剪截面验算，构件编号如图6所示，各构件的验算结果如图7所示。由图7可知，转换层框支柱、剪力墙及转换梁不仅能够满足中震抗剪弹性的性能目标，还存在较大富余，特别是框支柱，这主要与塔楼中存在较多被转换的剪力墙相关，结构须满足整体刚度需求，还须满足转换层上下刚度比要求，以及框支框架与核心筒承担倾覆力矩比例的要求，保证框支楼层具有可靠的抗震二道防线。
4.4转换梁验算
采用细分壳单元对转换梁进行中震应力分析，基于应力结果对其抗弯不屈服和抗剪弹性进行复核，中震转换梁拉应力分布如图8所示。由图8可知，最大拉应力分布于梁支座处，应力分布规律符合结构受力特点，未见截面受剪破坏的应力分布特点，表明截面抗剪满足受力需求；转换梁受拉区应力小于lOMPa，局部节点应力集中区域应力在10~14MPa范围内，根据高规配筋率要求进行复核后转换梁可满足抗弯不屈服的性能目标。
4.5转换梁节点应力分析
本工程住宅南塔转换层存在半跨转换，且上部承托134m高剪力墙，导致局部转换梁剪跨比较小，截面抗剪较难满足。为解决该问题，采用设置型钢混凝土加腋柱的方法，并将柱内型钢钢板与转换梁钢板连通，加腋起到改善传力路径和增加节点抗剪承载力的作用，如图4所示。为复核其在中震下是否满足所设定的抗震性能目标，采用ABAQUS建立典型节点的精细有限元模型，型钢采用壳单元，混凝土采用实体单元，在中震下该节点的应力结果如图9所示。混凝土和型钢的应力分布特点表明，转换梁、柱的传力路径与设计目标较为一致。混凝土拉应力最大值分布于转换梁底部（约SMPa），按照高规对特一级转换梁最小配筋率的要求即可满足受拉需求，局部混凝土最大压应力约25MPa，小于C40混凝土抗压强度标准值26. 8MPa，梁、柱型钢均未屈服，表明加腋柱的设计方案能够满足所设定的中震抗剪弹性、抗弯不屈服的性能目标。
采用加腋柱后，柱内存在沿斜腋方向的轴向内力，该内力由下层梁板(梁截面800×900，板厚120mm)共同受拉平衡。中震作用下该节点加腋柱柱底的水平分力为2 800kN，相当于梁纵筋配筋率1%时的抗拉承载力，在考虑翼缘协同受力的情况下，抗拉能力将进一步提高，表明与加腋柱相连的下层梁、板能够满足平衡水平拉力的需求，且有一定的安全储备。
5 大震验算
5.1关键构件抗剪截面验算
对于大震下框支柱、底部加强区剪力墙、转换梁的抗剪截面验算采用等效弹性方法，验算结果如图10所示。由图10可知，关键构件所承受的剪力均小于截面抗剪承载力，表明抗剪截面在满足规范要求的同时还存在一定的安全储备。
5.2关键构件塑性开展分析
为掌握大震作用下的结构性能状态和塑性开展，采用ABAQUS程序建立精细有限元模型，如图11所示。剪力墙、楼板、转换梁及连梁等构件均采用壳单元模拟。选择两组天然波和一组人工波进行罕遇地震弹塑性时程分析，主次方向地震波峰值比为1：0. 85，地震波持续时间为25s，主方向地震波峰值为220gal。
结构整体计算指标如表5所示，在考虑几何、材料非线性条件下，大震下塔楼最大顶点位移为0. 65m，结构最终仍能保持直立，满足“大震不倒”的设防要求；南、北塔最大层间位移角分别为X向1/197，1/188，y向1/145，1/127，均小于规范限值1/100。考虑到结构总体反应指标以天然波2最大，故以该地震波计算结果为例对关键结构大震性能状态进行评估。框支柱及框架柱混凝土受压损伤分布如图12所示，由图12可知，除顶部个别部位存在轻微的受压损伤外，结构柱基本完好。底部加强区剪力墙混凝土受压损伤分布如图13所示，由图13可知，塑性开展主要集中在洞口连梁部位，主体受力墙肢基本完好，表明结构具有较好的塑性耗能机制。转换梁混凝土受压损伤分布如图14所示，由图14可知，两栋塔楼转换梁基本保持完好，仅南塔局部出现轻微损伤。塔楼标准层楼板仅在洞口附近出现点状受压损伤，属轻微损伤，如图15所示。
对大震下的构件塑性发展进行整理可见，连梁为最先屈服的构件，其次为框架梁端部，在塔楼顶部鞭梢效应下局部剪力墙和框架柱出现轻微塑性开展，主体受力墙、柱、转换梁基本完好，构件塑性开展符合塑性设计概念。
为使转换层楼板即裙房屋顶具有通透的建筑效果，建筑初始方案设置了大面积狭长开洞，导致洞口端部楼板及开洞中部的三道连系楼板成为受力集中部位，楼板整体性较差，在大震下发生了明显的剪切破坏，如图16所示。经与建筑专业沟通，在满足建筑效果前提下对开洞方案进行了调整优化，如图17所示，采用等效弹性方法进行大震楼板应力分析，结
果表明楼板受力显著改善，如图18所示，最大压应力小于C40混凝土受压强度标准值(26. 8MPa)，中庭处楼板最大拉应力约5MPa，换算为楼板受拉钢筋，相当于配筋率为1. 25%，配筋率在合理范围内，表明楼板能够满足所设定的抗震性能目标。
6 结论
结合本项目结构特点和超限项目，选取抗震性能目标C级，分别进行了小震、风荷载作用及中震、大震作用下的弹性、等效弹性、弹塑性分析，主要结论如下：
(1)采用两种程序进行小震、风荷载作用下的结构计算，结构各项指标均满足规范要求。
(2)采用等效弹性方法对底部加强区剪力墙、转换梁、框支柱等关键构件进行了中震不屈服和弹性验算，各构件均满足所设定的中震性能目标。
(3)采用等效弹性方法对中震作用下南塔加腋柱转换梁节点进行实体有限元应力分析，节点传力机理符合设计预期，计算应力小于结构配筋换算应力，满足所设中震性能目标。
(4)采用等效弹性方法对底部加强区剪力墙、转换梁、框支柱进行大震抗剪截面验算，并采用弹塑性时程分析方法对结构的大震塑性开展进行分析，结构各项指标均满足规范要求，构件屈服顺序合理，塑性开展程度满足大震性能目标要求。
(5)对转换层楼板即裙房屋面进行大震应力分析，在满足建筑需求前提下根据初始方案楼板塑性损伤结果对开洞方案进行调整优化，确保了转换层楼板的整体性并达到设定的抗震性能目标。
7[摘要] 深圳某项目为由两栋超高层住宅塔楼及底部商业裙房构成的大底盘双塔结构，两栋塔楼整体平面分别成L形和凹形。该项目除结构高度超限外，尚存在扭转不规则、凹凸不规则、尺寸突变、竖向构件不连续等不规则项。采用等效弹性方法对结构关键构件进行了中震不屈服和中震弹性验算，采用ABAQUS程序对结构进行了罕遇地震弹塑性动力时程分析，对结构整体性能状态和关键构件的塑性开展进行了研究。结果表明，项目各关键构件满足所设定的抗震性能目标，结构具有良好的抗震性能。
