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摘要：“大震不倒，小震不坏”是结构抗震的目标，超高层由于层数较高，不仅所承受的风荷载比普通高层要大，而且地震作用下的设防要求也更加严格。本文根据工程案例，分别对结构进行设防烈度地震及罕遇地震作用下的弹塑性分析，验证结构的抗震性能目标。
关键词：超高层；抗震性能设计；弹塑性分析；Pushover 分析
一、工程概况
某超高层建筑物地上36层，地下3层，总建筑面积10万m2，建筑功能分别为酒店及商务办公，地下为车库及设备用房。建筑效果图见图1：
图1建筑效果图
项目设计的基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度为7度，场地类别III类。设计核心筒的高宽比（短边方向）为10.8，结构总高度约为140m，长度约为65 m，宽度约为30m，主楼结构高宽比约为4.55。主要构件尺寸：框架梁均采用钢筋混凝土梁，主要截面尺寸有600x900，650x650，650x750，700x950等；框架柱主要采用钢筋混凝土柱，主要截面尺寸有1500x1500，1200x1200，900x900，部分采用内置型钢混凝土结构以改善其延性；剪力墙主要采用钢筋混凝土剪力墙，厚度为200一600mm；核心筒等重要部位剪力墙采用型钢混凝土剪力墙，改善其受拉性能，提高其延性；楼板厚度一般为120 mm，局部采用150- 180mm。建筑剖面及典型楼层结构布置平面分别见图2、3。
剪力墙、框架柱混凝土强度等级从下至上逐渐降低，为C60一C45；楼盖体系混凝土强度等级从下至上采用C40一C35；钢筋强度等级为HRB400；钢材强度等级为Q345。
二、性能设计
（1）抗震性能目标及抗震性能水准的确定
该工程为超A级高度超限高层建筑，但并未超过B级高度，且竖向及平面均较为规则，因此抗震能目标选为D级。各地震水平下相应的抗震性能水准为：多遇地震下为第1性能水准，设防烈度地震下不低于第4性能水准，预估的罕遇地震下不低于第5性能水准。
（2）抗震性能水准的实施
各抗震性能水准的实施方法如下：多遇地震下按弹性设计；设防烈度地震下，确保结构底部加强区的竖向构件满足抗剪截面弹性、正截面抗弯不屈服，全部竖向构件抗剪截面不屈服，允许大部分耗能构件屈服；预估的罕遇地震下，竖向构件的抗剪截面不屈服，允许部分耗能构件产生较大程度破坏，同时构薄弱部位的层间位移角小于层间弹塑性位移角限值。
三、计算分析
结构在多遇地震下处于弹性阶段，在水平地震作用下结构主要参数如表1所示。随着地震作用的增大，当地震水平为设防烈度地震及罕遇地震时，结构逐渐进入弹塑性阶段，可先采用等效弹性方法进行估算，并根据估算结果初步设计构件，此时对阻尼比等参数应根据具体的性能水准确定，之后采用弹塑性分析进行校核及分析。
由此可见，与在多遇地震作用下相比，设防烈度地震作用下结构双方向周期增加约0.8s，阻尼比增加约4%，增量均较小，且两方向变化程度基本相同，结构整体进入塑性的程度不大。塑性铰基本都位于框架梁及连梁两端，并且塑性铰的程度较浅，除底部个别墙体及上部个别墙体出现少量塑性铰外，其他墙体都处于弹性状态。并且从得到的能力谱（需求谱）交点及双方向塑性铰的分布来看，X向与Y向弹塑性结果无明显差别，即两方向结构性能相近。
（2）罕遇地震作用下分析
在罕遇地震作用下，X，Y向能力谱（需求谱）曲线如图8所示；X，Y向性能点的主要参数如表3所示；X，Y向典型楼层塑性铰分布平面图如图9所示。
由此可见，与多遇地震作用下相比，随着侧向位移的增大，在罕遇地震作用下，X向周期增加约2.2s，Y向周期增加约1.6s；X向阻尼比增加约14%，Y向阻尼比增加约10%，阻尼比增量较大，且X向塑性发展更迅速，结整体进入塑性的程度较大。剪力墙塑性铰出现的区域逐渐向整个结构扩散，框架梁及连梁两端的塑性铰进一步增加，并且塑性铰的深度也逐渐增加，部分框架柱端也出现塑性铰。当达到罕遇地震性能控制点时，剪力墙的塑性铰达到一定数量，位置主要集中在筒体底部。
注：表中钢筋直径为按构件中配筋数量相同的条件下计算所得的直径
六、结语
从设计的结果看，抗震设防列度、设计地震分组对结构很不利。通过应用Pushover分析对设防烈度地震及罕遇地震作用下的结构破坏机制，并加强结构的薄弱部分。随着建筑高度的增高或者结构不规则性增大，高阶振型的影响会越来越大，Pushover分析结构动力不足，应改用动力弹塑性时程分析。
论文作者:李彦锋
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/14
标签：塑性论文; 结构论文; 性能论文; 烈度论文; 构件论文; 截面论文; 水准论文; 《基层建设》2016年8期论文;