譚雪峰++李磊++李秋嫻

摘 要：某超限高層剪力墻結(jié)構(gòu)屬高度超限、平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面凸凹不規(guī)則的超限高層建筑。該文用三個(gè)空間分析程序SATWE、PMSAP和MIDAS進(jìn)行計(jì)算，表明結(jié)構(gòu)能達(dá)到“小震不壞” “大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

關(guān)鍵詞： 超限高層 剪力墻結(jié)構(gòu) 抗震性能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0054-01

1 工程概況

某規(guī)劃高層建筑住宅為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑層數(shù)51層，地下2層，地下二層結(jié)構(gòu)層高為4.5 m，地下一層結(jié)構(gòu)層高為5.0 m；地面首層層高4.0 m，其他以上均為3.0 m層高的住宅，建筑至大屋面高度為154 m。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）判定，該結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)超高層建筑。根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008），本工程的抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。本工程結(jié)構(gòu)超限類型及超限程度屬高度超限、平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面凸凹不規(guī)則的超限高層建筑。

2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。地質(zhì)報(bào)告顯示，建筑所處場(chǎng)地土類型為中軟場(chǎng)地土，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。

樓面采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑功能要求并結(jié)合結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的需要，在建筑物外圍、轉(zhuǎn)角處，利用電梯井、樓梯間、設(shè)備用房等處均勻設(shè)置剪力墻，剪力墻底部厚為400 mm，從下向上逐漸減薄到200 mm。樓梯間及電梯井核心筒與周圍豎向構(gòu)件相連處的樓板厚度采用150 mm，大屋面的樓板厚度為150 mm。上部結(jié)構(gòu)的嵌固端為地下室頂板。主樓地上部分剪力墻、連梁及框架梁抗震等級(jí)均為二級(jí)，地下室一層抗震等級(jí)為二級(jí)，地下室二層抗震等級(jí)為三級(jí)。主樓基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚度h=2.600 m，樁基采用鋼筋混凝土后注漿鉆孔灌注樁，樁徑為1200 mm，樁單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=7600kN，樁端進(jìn)入持力層深度不小于10 m，有效樁長(zhǎng)不小于30 m，工程樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。本工程為B級(jí)高度高層建筑，屬超限高層建筑，確定抗震性能目標(biāo)為D級(jí)。

3 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)思路

（1）根據(jù)多遇地震及風(fēng)荷載等荷載作用下的彈性計(jì)算結(jié)果，按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）利用屈服判別法進(jìn)行設(shè)防烈度地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈服驗(yàn)算，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行分析。

（3）通過(guò)靜力彈塑性方法驗(yàn)算罕遇地震作用下的彈塑性層間位移角等指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求，并對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)薄弱部位，提出結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施。

4 多遇地震作用下的彈性分析

（1）根據(jù)高規(guī)5.1.12條規(guī)定，結(jié)構(gòu)計(jì)算采用兩個(gè)不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力位移計(jì)算，并進(jìn)行對(duì)比分析。

（2）根據(jù)高規(guī)5.1.13條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，考慮平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)（CQC法），振型數(shù)不小于15，且各振型參與質(zhì)量之和不小于總質(zhì)量的90%。

（3）考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（4）計(jì)算單向地震作用下的扭轉(zhuǎn)位移比（考慮偶然偏心的影響）。

（5）各種計(jì)算均考慮施工過(guò)程的模擬。

（6） SATWE/PMSAP/Midas彈性計(jì)算對(duì)比如下：

a.SATWE前三周期分別為3.95、3.84、3.11，PMSAP前三周期分別為4.10、3.94、3.27，PMSAP前三周期分別為4.13、4.04、3.41；

b.SATWE最大層間位移角1/1211 （X向地震）、1/1303 （Y向地震）、1/2442 （X向風(fēng)）、1/2519 （Y向風(fēng)）；PMSAP最大層間位移角 1/1194 （X向地震）、1/1241 （Y向地震）、1/2526 （X向風(fēng)）、1/2633 （Y向風(fēng)）；

c. 三種計(jì)算位移比分別為1.37、1.35、1.34；有效質(zhì)量系數(shù)分別為98.1%、98.4%、98.3%。

5 中震彈性及中震不屈服驗(yàn)算

在設(shè)防烈度地震（中震）作用下，關(guān)鍵構(gòu)件（底部加強(qiáng)區(qū)的核心筒、底部加強(qiáng)區(qū)外圍的剪力墻）豎向構(gòu)件的正截面承載力和受剪承載力均符合規(guī)定；關(guān)鍵構(gòu)件均滿足中震不屈服的要求。部分樓層的框架梁、連梁出現(xiàn)較輕微的抗彎屈服，進(jìn)入屈服階段，但其受剪承載力未出現(xiàn)明顯退化，屬于局部延性損壞，經(jīng)一般修理可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震（中震）作用下能達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)。

6 大震作用下彈塑性分析

采用MIDAS/Gen進(jìn)行大震作用下的結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析（Pushover分析），在MIDAS/Gen中使用ATC-40（1996）和FEMA-273（1997）提供的能力譜法來(lái)對(duì)建筑物的抗震性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在本工程的Pushover分析中，選擇三種類型的水平荷載分布模式，即模態(tài)分布模式、加速度常量分布模式和風(fēng)荷載工況倒三角分布模式?？紤]到結(jié)構(gòu)布置及荷載分布的非對(duì)稱性，每種荷載分別按X、Y兩個(gè)主方向加載。Pushover分析完成后，由結(jié)構(gòu)塑性鉸的分布，判斷結(jié)構(gòu)薄弱位置，根據(jù)塑性鉸所處的狀態(tài)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否滿足大震作用下性能水準(zhǔn)的要求。

分析各個(gè)工況的能力譜曲線有以下特點(diǎn)：

（1）在設(shè)定目標(biāo)范圍內(nèi)，各荷載工況下得到的能力曲線均平滑上升，未出現(xiàn)陡降段或突變段。各能力譜大震需求譜均有交點(diǎn)。

（2）結(jié)構(gòu)在X方向和Y方向的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度較為一致。

（3）模態(tài)分布加載模式更不利，而加速度常量加載模式過(guò)于保守。同時(shí)這也說(shuō)明了推覆分析的結(jié)果在很大程度上依賴于水平荷載分布模式，選擇多種加載模式并相互校驗(yàn)有利于對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的更好掌握。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程為B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑，針對(duì)本工程采用了抗震性能設(shè)計(jì)方法，確定抗震性能目標(biāo)為D級(jí)。

（1）用三個(gè)空間分析程序SATWE、PMSAP和MIDAS進(jìn)行計(jì)算，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)取三個(gè)程序計(jì)算得到的不利結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

（2）根據(jù)靜力彈塑性的分析結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)中塑性狀態(tài)程度較深的框架梁，將考慮適當(dāng)加大截面、提高配筋率，以提高其承載力，防止這些部位發(fā)生較大的破壞。

（3）本工程能達(dá)到“小震不壞”“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

（4）通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，本工程能達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)。endprint