劉 洪，黃首赟，馬克儉，馮獻慧，才 琪

(貴州大學 空間結構研究中心，貴州 貴陽 550003)

本工程為B 級高度建筑，地面以上45 層，主要用于辦公，結構高度為200.2 m;地面以下3 層，主要為停車庫及設備用房。在11，21，29 和37 設置了避難層和設備層。

圖1 建筑效果圖

圖2 建筑剖面圖

結構設計使用年限50 年，結構安全等級為二級，抗震設防烈度為6 度，基本地震加速度為0.05 g，建筑抗震設防類別丙類，結構高度為B 類;地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期0.35;

1 結構體系

根據(jù)建筑結構的總高度、抗震設防烈度、建筑的功能等情況，本工程采用鋼筋混凝土框架－核心筒結構形式。為提高結構抵抗側向位移的性能，在電梯間核心筒及樓梯間位置設置了抗震墻，。由于考慮到本工程的總高度較高，為了提高豎向抗側力構件的側向剛度，核心筒重要部分墻厚為850～450 mm，并在框架柱內(nèi)設置芯柱，以提高框架柱的延性。嵌固層確定為地下室頂板，該層樓板厚度為200 mm，采用雙層雙向配筋，配筋率為0.25%。

圖3 標準層結構平面布置圖

2 結構超限類型和程度

本結構高度200.200 m，鋼筋混凝土框架－核心筒結構形式在6 度B 級高度時，規(guī)范規(guī)定適用的最大高度為210 m，本工程屬B 級高度建筑。31 層剛度小于上相鄰三層剛度平均值的80%，31 層剛度薄弱，結構是豎向不規(guī)則的［1］［2］。

圖4 計算模型(PKPM 模型)

3 抗震性能設計

結構抗震性能目標應根據(jù)結構方案和結構使用者要求選取，并采取措施以達到抗震性能目標的要求;結構抗震性能目標如下表1:

表1 結構抗震性能目標

結構構件的承載力設計要求見表2

表2 結構構件承載力設計要求

針對本工程結構的特點和超限情況，本工程總體按性能目標C 的要求設計，計算方法依據(jù)高規(guī)3.11 條所列各水準的驗算公式計算。結構抗震性能水準要求:在多遇地震時要求滿足第1 抗震性能水準，在偶遇地震時要求滿足第3 抗震性能水準，在罕遇地震時要求滿足第4 抗震性能水準;

4 靜力彈塑性分析

4.1 大震推覆介紹

推覆分析的目的是確認結構大震不倒的抗震設防目標并找出結構薄弱部位，并采取相應措施加強薄弱部位。因此，結構推覆前，先按小震計算配筋進行推覆，確認結構體系是否合理;結構推覆后，確定大震不倒目標是否能實現(xiàn)，以及找出結構薄弱部位并加強薄弱部位。按規(guī)范“大震不倒”的抗震設防目標的要求，罕遇地震作用下采用EPDA＆PUSH 程序對結構進行PUSH-OVER 分析。

4.2 大震推覆結果

本工程即按照該分析流程，整體參數(shù)顯示，結構體系能夠保證大震不倒的性能目標，以下圖表為結構的計算分析結果。

表3 罕遇地震靜力推覆結果

4.3 大震推覆結果分析

1)罕遇地震作用下，在性能點處，0 度方向最大層間彈塑性位移角為1/345，90 度方向最大層間彈塑性位移角為1/271，均小于鋼筋混凝土框架－核心筒結構層間彈塑性位移角限值1/100;符合《高層建筑混凝土技術規(guī)程》第3.7.5 條的規(guī)定，建筑物可實現(xiàn)既定的C 性能目標。

2)結構在加載開始時，少數(shù)連梁出現(xiàn)屈服，之后有極少數(shù)框架梁出現(xiàn)塑性鉸，在性能點處時墻體出現(xiàn)拉彎狀態(tài)。經(jīng)驗算，墻體混凝土未出現(xiàn)屈服，處于彈性狀態(tài)。

3)各個方向推覆下，底部剪力墻出現(xiàn)拉彎狀態(tài)，但混凝土抗拉不屈服，且不存在受剪破壞。

圖5 0 度方向罕遇地震分析的PUSH-OVER 性能曲線

圖6 主方向罕遇地震塑性鉸圖

4)根據(jù)之前制定的性能目標，大震保證加強部位不屈服，為保證墻體拉剪狀態(tài)的性能，在施工圖階段提高墻體分布筋配筋率，將底部加強部位的墻體分布筋配筋率提高至0.5%，確保加強部位大震安全。

5)根據(jù)X、Y 向推覆結果發(fā)現(xiàn):第二避難層附近混凝土裂縫有所增加;由于存在鞭梢效應，塔樓頂部裂縫有所增加。在后期施工圖中，第二避難層及上下2 層以及塔樓頂部墻體提高水平和豎向分布筋最小配筋率至0.40%。

5 動力彈塑性分析

5.1 動力彈塑性分析介紹

結構在大震作用下出現(xiàn)較大的塑性變形是允許的，但應將變形位移限定在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，以防結構傾覆倒塌。根據(jù)抵抗地震設防目標，對結構進行彈塑性動力分析，主要了解塔樓結構在罕遇地震作用下的彈塑性性能，包括基本參數(shù)和破壞過程。

5.2 地震波的選取和計算結果

根據(jù)地震波的選取原則，通過試算選取三條地震波對結構進行動力時程計算分析。分析中采用雙向地震輸入，主次方向地震波峰值比例為1 ∶0.85。按照規(guī)范要求，主方向地震波最大值調(diào)整為125 cm/s2。

5.3 塑性鉸的分布情況

考慮到Y 方向剛度相比于X 方向較弱，故選主方向為Y 向的情況加以說明。通過樓層鉸分布圖可以看出:框架柱未出現(xiàn)塑性鉸;大部分框架梁出現(xiàn)塑性鉸，尚有小部分梁端未出現(xiàn)塑性鉸;底部加強部位的框架柱未出現(xiàn)塑性鉸。

表4 結構整體計算結果匯總

5.4 彈塑性動力分析結論

罕遇地震作用下，彈塑性時程分析過程收斂，結構最大層間位移角1/245，小于抗震性能目標限值:1/200 鋼筋混凝土(框架－核心筒結構);滿足“罕遇地震不倒”的基本要求。［3］

構件性能評估

圖7 主方向最大層間位移角曲線

圖8 標準層鉸分布(USER3)

圖9 CD軸立面剪力墻裂縫和梁、柱塑性鉸分布圖

核心筒位置的連梁上是塑性鉸主要分布的地方，結構在罕遇地震作用下，剪力墻加強區(qū)域及框架柱未產(chǎn)生塑性鉸。承載力滿足要求，并在彈性工作狀態(tài)，結構滿足“強墻肢弱連梁”。

結構在罕遇地震時無明顯的薄弱層，也沒有明顯薄弱部位。頂部位置由于鞭梢效應，位移角有變化。整個結構變形值滿足規(guī)范限值，保證結構具有足夠的延性。抵御傾覆能力達到要求，滿足“大震不倒”的設計目的。

需要注意的是結構在大震作用下，核心筒底部出現(xiàn)拉彎狀態(tài)，為保證核心簡的抗震性能目標:大震不屈服，底部加強部位核心筒墻體分布筋配筋率提高為0.5%。延伸至嵌固端下一層，確保加強部位大震安全。

通過推覆和動力彈塑性分析，可以看到第二避難層附近由于層高變化，上下墻體不連續(xù)等因素造成高斯點和裂縫增多，是需要特別加強的部位。

6 超限處理主要措施

針對性技術措施:

1)適當提高豎向構件的抗震安全儲備，框架柱承載力按偶遇地震彈性設計控制，剪力墻承載力按罕遇地震不屈服控制。

2)底部加強部位框架柱設置芯柱，以增加結構剛度和提高框架柱延性，柱箍筋全高加密。

3)框架柱縱筋配筋率提高到1.2%以上，在底部加強區(qū)域，底部墻的垂直和水平分布筋不少于0.50%的最小配筋率。

4)核心筒外筒剪力墻墻肢設置約束邊緣構件。

5)剛度薄弱的12 層、31 層及相鄰兩層按中震彈性和小震放大1.25 倍地震力的包絡設計配筋，同時保證豎向構件大震不屈服。

6)加強地下室頂樓板傳遞剪力的能力，板厚加厚至200 mm，配筋率0.25%。［4］

7 結論

總結全文可知，在抗震設計中，對結構進行了彈性、彈塑性計算分析，除保證結構在多遇地震下完全處于彈性階段外，還補充了關鍵構件在偶遇地震和罕遇地震下的驗算。計算結果表明，多項力學性能均表現(xiàn)良好，基本滿足規(guī)范的規(guī)定。

［1］住房和城鄉(xiāng)建設部.超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點［R］.(建質(zhì)［2010］109號).

［2］JGJ 3－2010.高層建筑混凝土結構設計規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.

［3］JGB50011－2010.建筑抗震設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.

［4］Jonathan Kerry.麥慧琳，蘇國柱，等.北京國銳金嵿A，B 座塔樓結構設計［J］.建筑結構，2014，44(24)54－58.