文/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司國(guó)住人居工程顧問(wèn)有限公司 王海波

新城控股集團(tuán)股份有限公司 藍(lán)繆輝

中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司國(guó)住人居工程顧問(wèn)有限公司 劉長(zhǎng)松 任樂(lè)明 武曉敏 楊春林

0 引言

本文算例采用的是新型結(jié)構(gòu)體系：模塊-核心筒混合結(jié)構(gòu)。體系中的模塊采用鋼密柱體系，主要承擔(dān)豎向荷載；核心筒為混凝土結(jié)構(gòu)，按承擔(dān)全部水平作用考慮，并承擔(dān)自重，為單道防線，故核心筒的抗震性能極為關(guān)鍵。

此預(yù)制集成建筑模塊體系在歐洲已投入工程應(yīng)用多年，技術(shù)成熟度較高，整體可實(shí)現(xiàn)在工廠完成80%以上的主體結(jié)構(gòu)組裝和90%以上的部品安裝，建設(shè)工期比傳統(tǒng)建筑工藝工期縮短一半以上，現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減少85%，而且95%的建筑垃圾可實(shí)現(xiàn)回收利用，施工周期短，綠色度高。

在規(guī)模適當(dāng)?shù)淖≌こ探ㄔO(shè)中，模塊建筑體系具有造價(jià)適中的核心優(yōu)勢(shì)，推廣應(yīng)用前景比較廣闊，將會(huì)為我國(guó)工業(yè)化建筑拓展新的發(fā)展思路。

該結(jié)構(gòu)體系經(jīng)過(guò)抗震改型與創(chuàng)新優(yōu)化，目前已在我國(guó)實(shí)施落地。本文結(jié)合有限元軟件ABAQUS，建立模塊-核心筒混合結(jié)構(gòu)算例，著重研究作為單道防線的抗側(cè)力核心筒的抗震性能。

1 算例概況

住宅塔樓建筑高度30m，地上10層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，結(jié)構(gòu)平面布置沿中線對(duì)稱，如圖1所示。鋼筋混凝土核心筒承擔(dān)結(jié)構(gòu)100%水平力及核心筒自重，各模塊鋼密柱間實(shí)現(xiàn)鉸接，承擔(dān)自身豎向荷載，各層樓板不連續(xù)，均采用特殊連接件連接。單個(gè)核心筒平面尺寸為7.6m×8.2m，如圖2所示。

相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0；建筑抗震設(shè)防分類為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）；抗震設(shè)防烈度7度（0.1g）；設(shè)計(jì)地震分組第二組；場(chǎng)地類別III類；罕遇地震場(chǎng)地特征周期0.6s；罕遇地震結(jié)構(gòu)阻尼比0.06。

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016版）的要求，結(jié)構(gòu)在不同級(jí)別的地震作用下實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”，其中小震和中震可通過(guò)承載力和變形驗(yàn)算的方法進(jìn)行，對(duì)于罕遇地震，則需進(jìn)行非線性地震分析，作為結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的依據(jù)。

2 非線性有限元模型

ABAQUS三維非線性模型如圖3所示，平面網(wǎng)格劃分如圖4所示。模擬單元信息如下：①剪力墻/樓板：4節(jié)點(diǎn)縮減積分殼單元S4R；②模塊鋼柱：T3D2；③鋼梁、邊緣構(gòu)件配筋、墻體內(nèi)置型鋼：三維梁?jiǎn)卧狟31；④模塊連接件（Q345）：4節(jié)點(diǎn)縮減積分單元S4R。ABAQUS彈塑性模型的動(dòng)力特性如表1所示。

3 地震時(shí)程曲線

根據(jù)GB 50011—2010，本文采用3組罕遇地震地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄作為非線性動(dòng)力時(shí)程分析的地震輸入。在3組強(qiáng)震記錄中，兩組為與設(shè)計(jì)目標(biāo)反應(yīng)譜相符的真實(shí)強(qiáng)震地面加速度記錄，另一組為與設(shè)計(jì)目標(biāo)反應(yīng)譜相符的人工模擬地面加速度時(shí)程，地震波持續(xù)時(shí)間均為20s，時(shí)間間隔為0.02s，地震波反應(yīng)譜與規(guī)范譜的對(duì)比如圖5所示。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置

圖2 核心筒布置

圖3 ABAQUS彈塑性整樓模型

圖4 ABAQUS平面網(wǎng)格劃分

表1 周期與振型

圖5 各條地震波反應(yīng)譜與規(guī)范譜對(duì)比

4 分析結(jié)果

4.1 基底剪力時(shí)程

由圖6～9可看出，隨著地震波輸入強(qiáng)度的增加，結(jié)構(gòu)部分進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，剛度有所下降，使得彈塑性模型的剪力反應(yīng)小于彈性模型的剪力反應(yīng)。由表2可看出，大震彈塑性與大震彈性的基底剪力比值在53.3%～80.7%，表明在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)剛度出現(xiàn)一定程度的退化，但仍在合理范圍內(nèi)。

圖6 時(shí)程平均反應(yīng)譜與規(guī)范譜對(duì)比

圖7 TR1基底剪力時(shí)程

圖8 TR2基底剪力時(shí)程

圖9 RG1基底剪力時(shí)程

表2 罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)基底剪力

4.2 層間位移角

由圖10～12可知，3條罕遇地震時(shí)程作用下結(jié)構(gòu)x向最大層間位移角為1/417，產(chǎn)生在第6層，結(jié)構(gòu)y向最大層間位移角為1/427，產(chǎn)生在第5層，結(jié)構(gòu)最大層間位移角普遍小于其抗震設(shè)防性能目標(biāo)的位移限值（1/100），可滿足大震不倒的設(shè)計(jì)要求。

圖10 TR1層間位移角

圖11 TR2層間位移角

圖12 RG1層間位移角

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)裝配式模塊結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行罕遇地震下動(dòng)力彈塑性分析，本文著重對(duì)抗側(cè)力核心筒進(jìn)行抗震性能分析，得出如下結(jié)論。

1）核心筒基底剪力下降，結(jié)構(gòu)剛度出現(xiàn)一定程度的退化，但仍在合理范圍內(nèi)。

2）核心筒最大層間位移角普遍小于其抗震設(shè)防性能目標(biāo)的位移限值（1/100），可滿足大震不倒的設(shè)計(jì)要求。