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摘 要：武汉市硚口区某城市综合体项目中的超高层公寓式酒店地上47层、地下4层，高度198米，属超A级高度超限高层建筑。基于抗震性能化的要求，设计中采用SATWE、ETABS、Perform3D三种软件对结构进行小震弹性、中震、大震弹塑性动力时程分析。本文对该项目抗震超限设计情况及抗震技术措施进行介绍，可供类似项目的设计人员参考借鉴。
关键词：超限高层；公寓式酒店；抗震超限；抗震性能化设计；弹塑性分析
1、项目建筑物的总体概况
公寓式酒店主体结构高198.0m，地下4层，地上47层，标准层最大平面尺寸约48.38mx34.54m，核心筒平面约15.97mx21.1m，核心筒高宽比为12.39，核心筒至外框柱的轴距为5.0～7.5m 。本地区抗震设防烈度为6度，场地类别Ⅲ类；根据地震安全评估报告，本项目多遇地震水平影响系数为0.08，场地特征周期0.45s；基本风压取值0.35kN/m2（50年一遇），承载力设计时按基本风压的1.1倍采用，地面粗糙度为C类。
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程超限项目有：扭转不规则，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2（不大于1.4）；局部穿层柱。
2、结构方案及平面布置
主体结构采用框架-核心筒体系，框架、核心筒均采用钢筋混凝土；
结构框架柱截面边长由1300mm逐级递减至600mm，框架梁典型截面为600x700mm，核心筒外墙厚度由650mm逐级递减至400mm，全楼高度的墙柱混凝土强度为C60。
3、结构计算假定及分析
本工程项目，结构抗震性能目标设定为C级，相应的性能水准如下：
小震：性能水准1，性能水准描述：完好，无损坏；
中震：性能水准3，性能水准描述：轻度损坏，一般修理后即可继续使用；
大震：性能水准4，性能水准描述：中度损坏，修复或加固后可继续使用。
3.1 振型分解反应谱法的弹性分析（小震）
在设计中，分别采用SATWE和ETABS进行小震下的弹性分析。阻尼比0.05，周期折减系数0.7，连梁刚度折减系数0.8。结构主要动力参数如下：
由上表可知，两个程序计算得到X、Y方向楼层位移角均满足规范要求；个别楼层位移比大于1.2，表明结构属于扭转不规则，但仍满足《抗规》、《高规》的位移比限值；前三阶阵型方向一致，数值相差很小；扭转周期比均小于0.85，表明结构有较大的扭转刚度。
3.2振型分解反应谱法的弹性分析（中震）
中震分析采用振型分解反应谱法分别按弹性和不屈服两种假定，分析基本烈度下的构件抗震性能。计算结果显示，剪力墙底部加强区中震弹性剪力与承载力比值小于1.0，中震不屈服条件下墙肢存在拉力，但墙肢拉应力均小于混凝土抗拉强度ftk。
3.3弹性动力时程补充分析
SATWE弹性动力时程分析共采用7条地震波（天然波1~2、人工波1~5），计算结果如下：
计算结果显示，每组地震波计算所得的结构底部剪力均不小于振型分解反应谱法的65%，不大于振型分解反应谱法的135%；七组地震波计算所得的结构底部剪力的平均值均不小于振型分解反应谱法的80%，不大于振型分解反应谱法的120%；分析结果符合《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）4.3.5条对所选地震波的基本要求。弹性时程分析法所得七组地震波的平均值曲线与振型分解反应谱法所得的曲线形状相似，趋势一致。
除局部楼层外，各层的最大楼层剪力和最大楼层弯矩均由弹性时程分析的计算结果控制。故在施工图阶段，除局部楼层外，各层的结构构件将按弹性动力时程分析结果的平均值与振型分解反应谱法的计算结果之比值将地震作用放大进行配筋设计。
3.4动力弹塑性分析(大震)
大震分析采用CSI公司的Perform3D进行，采用两组双向人工波和五组双向天然波，峰值加速度195cm/s2，持续时长40/60s。
大震分析根据《高规》并结合ASCE41-06 的相关规定，结构构件受力性能水准按ASCE41-06 确定，材料及构件本构变形性能根据国家相关规范确定。
分析中，剪力墙和柱的正截面模型为纤维模型，应变保持平截面假定，混凝土纤维、钢筋纤维跟随定义的本构关系；混凝土梁的定义参照美国FEMA指南，以弯矩-转角的本构关系输入模型；各构件抗剪直接采用弹性剪切材料模型来分析，采用GB50010的斜截面计算公式，考虑了轴力的影响（梁抗剪不考虑轴力影响）。
计算结果如下：
1）X方向楼层最大层间位移角1/289，Y方向楼层最大层间位移角1/208，均小于规范限值；X方向最大屋顶位移360mm，Y方向最大屋顶位移438mm，按总高度198.0米计算，总位移角X方向为1/550，Y方向为1/447。
2）大震时程分析基底剪力最大值与小震时程分析对比结果，X方向3.41，Y方向3.42。3）梁受弯屈服状况如下：
连梁(一水准、二水准) 框架梁 (一水准) 框架梁 (二水准)
计算结果显示，一、二水准下多数连梁和部分框架梁逐步进入屈服状态；三水准下无连梁框架梁屈服。
4）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010 3.11.3条第四款计算的剪压比最大值为0.076，小于0.15，满足钢筋混凝土竖向构件的受剪截面要求。
5）罕遇地震弹塑性分析结果显示，结构的楼层最大层间位移角小于规范限值，连梁和部分框架梁的屈服大量吸收了地震能量，竖向构件均未出现屈服，增加了结构的延性，能够满足大震不倒的结构性能目标。
4、结构抗震加强措施
为保证抗震性能的实现，并达到抗震设防目标，将在施工图阶段对结构采取以下加强措施：
底部加强区的框架柱：用于配筋设计的剪力按照0.2Q0和1.5Vfmax较小值进行调整。
5、结论
分析结果表明：结构在小震下各构件满足弹性设计下的强度要求，并且结构的位移、扭转规则性、竖向刚度规则性都满足规范要求；中震下通过配筋的加强措施，能够达到剪力墙底部弹性、框架柱不屈服的性能目标；大震下层间位移角小于规范限值，各构件基本实现预定目标性能水准，大震下框架柱基本保持弹性，连梁和框架梁则发生了屈服，剪力墙没有发生损伤，不会危及结构的抗倒塌能力，能够满足“大震不倒”的抗震性能要求。
参考文献:
[1] 建筑抗震设计规范GB50011-2010;中国建筑工业出版社
[2] 高层建筑混凝土结构设计规程 JGJ3-2010;中国建筑工业出版社
[3] 建筑结构荷载规范 GB50009-201;中国建筑工业出版社
[4] 徐炳填;高层建筑的抗震设计[J];企业家天地(理论版);2011年05期
论文作者:黄科科,陈国友
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/30
标签：结构论文; 位移论文; 性能论文; 水准论文; 弹性论文; 框架论文; 构件论文; 《防护工程》2017年第17期论文;