卓杰

摘 要：本工程存在著平面凹凸不規(guī)則、扭轉不規(guī)則、樓板不連續(xù)、局部錯層、穿層柱、斜柱及夾層超限等多項不規(guī)則的情況，屬特別不規(guī)則的超限高層結構。本工程采用兩種軟件盈建科及MIDAS進行抗震性能設計方面的計算分析。

關鍵詞：超限高層結構；彈塑性時程分析

1 工程概況

本項目擬建地點位于河南省鄭州市鄭東新區(qū)， 河南省科技館建筑高度43.0米，總建筑面積約10.5萬平米。項目效果圖如圖1。

河南省科技館主體結構體系采用鋼筋（鋼骨）混凝土框架—剪力墻形式。建筑抗震設防類別為乙類，剪力墻及連梁一級，框架二級、鋼框架三級。

2 結構超限情況介紹

參考《超限高層建筑工程抗震設計指南》[1]，對各塔樓進行了超限情況分析：

（1）本建筑呈Y字形平面布局，平面凹凸尺寸大于相應邊長30%。

（2）本建筑部分樓層考慮偶然偏心的扭轉位移比大于1.2。

（3）本建筑局部樓層樓板有效寬度小于50%；且存在錯層。

（4）本建筑存在局部的穿層柱、斜柱以及局部夾層。

因此主體結構屬于特別不規(guī)則的超限高層。

3 上部結構計算分析

3.1計算軟件及參數(shù)設置

本工程在設計中參考了《高層建筑結構》[2]，結構整體計算時采用北京盈建科軟件股份有限公司編制的YJK（1.8.2.0版本）軟件和MIDAS GEN（V855版本）這二個空間結構分析程序，并對結構靜力等方面計算結果進行了總結。

結構的主要計算參數(shù)如下：

（1）場地設計特征周期0.40s；

（2）鋼筋混凝土結構的阻尼比：0.05；

（3）抗震設防列度為：7度，設計地震分組為第二組，設計基本加速度值為0.1g；

（4）多遇地震水平影響系數(shù)最大值：0.08；

（5）基本風壓按50年一遇的 的1.1倍標準取值（按0.50kN/m2），地面粗糙度B類；

（6）地震力均采用藕聯(lián)分析；

（7）考慮雙向地震作用與偶然偏心。

3.2結構體系和布置

抗側力體系如圖2。

3.3結構彈性計算分析

依據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》[3]、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[4]、《混凝土結構設計規(guī)范》[5]、《建筑抗震設計規(guī)范》[6]，總結的多遇地震下計算結果如下：

（1）結構動力特性：

計算得到的前3階模態(tài)的振動周期結果如下：T1=1.1302S，T2=1.0560S，T3=0.9789S。

（2）基底剪力：

計算得到的基底剪力如下：X=46363kN，Y=44935kN。

（3）層間位移角：

樓層層間位移角X=1/1990，Y=1/1636。

由以上計算結果可得彈性狀態(tài)下結構各指標均滿足規(guī)范要求。

3.4結構靜力彈塑性分析計算分析

本工程宜選取C等級作為抗震性能設計的目標。采用彈塑性靜力推覆分析法（Push-Over）對本結構進行水平荷載作用下的彈塑性計算。

按規(guī)范要求的“大震不倒”抗震設防目標，采用PUSH程序對建筑在罕遇地震作用下進行靜力彈塑性推覆分析，共進行X+向、X-向、Y+向、Y-向四個方向的推覆驗算。

靜力推覆分兩步進行加載，第一步為施加重力荷載代表值，并在后續(xù)施加水平荷載過程中考慮其影響，即計算中考慮了P-Δ效應；第二步為逐步施加豎向分布模式為按該方向主振型模態(tài)分布的水平荷載，直至結構達到終止條件為止。

從推覆結果看：在罕遇地震作用下（水平地震影響系數(shù)最大值取0.50），性能點處各層彈塑性位移角最大值小于規(guī)范限值1/100，符合《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[4]第4.6.5條的規(guī)定，建筑物可實現(xiàn)“大震不倒”的抗震設防目標。

從靜力彈塑性計算結果可以看出，在大震下較多框架梁端出現(xiàn)塑性鉸，少量剪力墻及框架柱出現(xiàn)塑性角。整體結構基本合理，塑性鉸主要出現(xiàn)在框架梁及連梁等耗能構件上，同時，框架柱出鉸較少，能滿足大震下二道防線的作用。對于出現(xiàn)出鉸情況的剪力墻，擬采用對其配置型鋼鋼骨及增加其配筋等措施對其進一步加強。

3.5結構動力彈塑性分析計算分析

為進一步考察建筑在罕遇地震作用下的內力、變形及損傷情況，采用YJK軟件對結構進行了大震下的彈塑性時程分析。

七條地震波的層間位移角的最大值如圖3圖4所示。

（1）從整體指標來看，結構在七組地震波作用下，沿X、Y向的各層彈塑性位移角最大值分別為1/126、1/120，滿足規(guī)范對框-剪結構彈塑性位移角限值（1/100）的的規(guī)定。

（2）從構件層面來看，框架柱基本上保持大震下不屈服狀態(tài)；剪力墻基本處于輕度～中度破壞等級之間。

4 結論

（1）整體結構以YJK程序分析為主，輔以MIDAS進行對比分析。兩個程序的計算結果在總體上基本保持規(guī)律一致。

（2）通過結構彈性計算分析可得彈性狀態(tài)下結構各指標均滿足規(guī)范要求。

（3）通過結構靜力彈塑性分析可得在罕遇地震作用下，性能點處各層彈塑性位移角最大值小于規(guī)范限值1/100。

（4）通過結構動力彈塑性分析可得，結構在七組地震波作用下，沿X、Y向的各層彈塑性位移角最大值分別為1/126、1/120，滿足規(guī)范的規(guī)定。

參考文獻：

[1]呂西林.超限高層建筑工程抗震設計指南[M].上海：同濟大學出版社，2009.

[2]呂西林.高層建筑結構[M].武漢：武漢理工大學出版社，2003.

[3] GB50009-2012建筑結構荷載規(guī)范[S].

[4] JGJ3-2010高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[5] GB50010-2010混凝土結構設計規(guī)范[S].

[6] GB50011-2010建筑抗震設計規(guī)范[S].