曾凱，張帆 （深圳市華陽國際工程設(shè)計股份有限公司，深圳 518038）

1 工程概況

上海市某項目結(jié)構(gòu)高度26.95m，地上3層，地下0層，由于建筑方案需求，上部塔樓為研發(fā)實驗室，采用鋼框架結(jié)構(gòu)，下部大底盤為一層車庫，采用混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

鋼結(jié)構(gòu)樓層層高約6m，典型柱跨9m×13.5m，典型鋼柱截面H800×800×36×36，鋼梁截面 H700×400×24×36，樓板厚度為120mm（鋼筋桁架樓承板），柱、梁鋼材強度為Q355B，樓板混凝土強度等級為C35。大底盤樓層層高約8m，典型柱跨為9m×9m，型鋼混凝土柱截面為1200×1200（H800×800×36×36），剪力墻厚度為300mm，混凝土梁截面為400×900，樓板厚度為180mm，柱鋼材強度為Q355B，墻柱混凝土強度等級為C40，梁板混凝土強度等級為C35。

根據(jù)《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實施細則》，本結(jié)構(gòu)體系為《抗規(guī)》、《高規(guī)》和《高鋼規(guī)》暫未列入的其他高層建筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)上海市《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》（DGJ08-9-2013）采用抗震性能設(shè)計方法進行計算分析。要求整體性能目標達到Ⅳ類，考慮結(jié)構(gòu)無豎向構(gòu)件不連續(xù)項，剛度比、樓層承載力比值等結(jié)果均較好，不定義關(guān)鍵構(gòu)件，大部分柱均按普通豎向構(gòu)件標準控制。對底部裙房段的柱、墻及塔樓段底層柱，性能控制標準在普通豎向構(gòu)件基礎(chǔ)上略作提高。

2 多遇地震及風(fēng)荷載作用下的彈性分析

本文分別采用YJK及ETABS兩款軟件進行計算比較，按CQC法進行抗震計算及彈性時程補充分析計算，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)模型圖

表1為多遇地震及風(fēng)荷載模型主要計算參數(shù)，表2列舉了兩款軟件計算水平地震和風(fēng)荷載工況下的基底剪力和總彎矩，數(shù)據(jù)表明，在水平荷載作用下，計算結(jié)果差距較?。?%以內(nèi)），兩種計算模型一致，表明模型計算結(jié)果是準確可信的。

多遇地震及風(fēng)荷載模型主要計算參數(shù) 表1

水平力作用下的基底剪力及基底傾覆彎矩 表2

表3顯示了YJK與ETABS計算軟件輸荷載作用下最大層間位移角為1/1278，出現(xiàn)層間位移角分布情況。地震工況下最大層間位移角出現(xiàn)在3層，為1/676；50年風(fēng)在3層，均滿足規(guī)范1/250要求。

水平荷載作用下樓層位移角 表3

彈性時程分析選用五條天然波（TR1～TR5）及兩條人工波（RG1～RG2）。考慮雙向地震作用（采用主、次波的方式）。地震加速度峰值調(diào)整成0.35m/s2，地震波振型阻尼比設(shè)為0.05，地震波時間間距設(shè)為0.02s。各地震波主方向反應(yīng)譜曲線同規(guī)范反應(yīng)譜的對比圖如圖2所示。

圖2 各地震波譜曲線與反應(yīng)譜曲線圖

彈性時程分析與反應(yīng)譜法計算結(jié)果對比如表4所示。從表4中可以看出，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均處于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的65%到135%的范圍，七條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值均處于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的80%到120%的范圍，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第4.3.5條的規(guī)定。

各地震時程工況下的基底剪力及位移角 表4

3 設(shè)防地震分析

結(jié)構(gòu)在中震作用下，要求底部裙房段框架柱、剪力墻，滿足承載力不屈服。上部塔樓段框架柱要求滿足應(yīng)力比限值要求，主要計算參數(shù)見表5。

設(shè)防地震模型主要計算參數(shù) 表5

YJK中震不屈服計算結(jié)果顯示，底部裙房段框架柱、剪力墻，滿足承載力不屈服的性能水準；上部塔樓段框架柱要求滿足應(yīng)力比限值要求。X向最大層間位移角為1/259，Y向為1/250，均小于規(guī)范限值（1/100）。

4 罕遇地震動力彈塑性分析

進行了三組大震地震記錄（兩組天然波，一組人工波）分析，每組地震動施加到模型（均按水平雙向地面加速度時程的形式）。主次方向分別按100%和85%幅值施加水平雙向地震動。圖3為選用的大震加速度記錄的反應(yīng)譜（主方向）。

圖3 選用的大震加速度記錄的反應(yīng)譜圖（主方向）

通過對比PKPM-SAUSAGE模型和YJK模型的主要分析結(jié)果，驗證PKPM-SAUSAGE模型分析結(jié)果的正確性。本項目的彈塑性分析模型（PKPMSAUSAGE模型）中，構(gòu)件截面尺寸、材料強度等級，以及構(gòu)件所配鋼筋都與彈性分析模型（YJK模型）一致，彈塑性分析模型的荷載和地址質(zhì)量均取自彈性模型。

為驗證結(jié)構(gòu)非線性特征，對比研究大震彈塑性與大震彈性時程的結(jié)構(gòu)底部剪力，彈性分析模型單元網(wǎng)格劃分密度與彈塑性模型基本一致，阻尼均采用振型阻尼。表6為大震彈塑性分析與大震彈性時程分析結(jié)果對比。從表6中可以看出，大震彈塑性與大震彈性結(jié)構(gòu)底部剪力的比值在66%～91%，包絡(luò)值顯示彈塑性結(jié)構(gòu)底部剪力約為彈性結(jié)果的83%（X向）和69%（Y向），表明本塔樓在大震下非線性特征合理，地震能量得到了有效消散。

結(jié)構(gòu)底部剪力主方向彈塑性和小震CQC結(jié)果比較 表6

為研究彈塑性與彈性分析模型樓層頂部位移時程變化情況，選取如圖4所示點P1點進行位移時程監(jiān)控。彈塑性頂部位移約為彈性位移的90%～110%。

圖4 位移監(jiān)控點示意圖

由表7可以看出，兩個方向最不利工況下層間位移角分別為1/52（X）和1/51（Y），所在樓層均為3層，滿足1/50的規(guī)范限值要求。

罕遇地震彈塑性樓層位移角 表7

5 結(jié)論

綜上分析，本結(jié)構(gòu)在小、中、大震作用下所得結(jié)論如下。

①在小震作用下，各樓層水平地震剪力最小值均在規(guī)范限值要求范圍內(nèi)；結(jié)構(gòu)最大層間位移角在規(guī)范限值要求范圍內(nèi)；時程分析中地震波選取符合規(guī)范要求，其結(jié)果合理有效，時程分析結(jié)果表明，各樓層不需要進行剪力放大。

②在中震作用下，底部裙房段框架柱、剪力墻，滿足承載力不屈服的性能水準；上部塔樓段框架柱滿足應(yīng)力比限值要求。

③在大震作用下，最大樓層層間位移角發(fā)生在三層左右，最大值為1/51，滿足規(guī)范限值要求，彈塑性頂部位移約為彈性位移的90%～110%；整體鋼框架未損壞；剪力墻部分混凝土受壓損傷較大，鋼筋部分屈服，樓板混凝土受壓均未出現(xiàn)明顯損傷，鋼筋未屈服。

因此，可以判斷此結(jié)構(gòu)是合理且能滿足規(guī)范要求的。