施法科
中国建筑标准设计研究院有限公司 北京 100082
摘要：本工程为B级高度的部分框支剪力墙结构，介绍了工程的特点和结构体系的选择，并针对结构的超限情况提出相关抗震加强措施。采用SATWE和PMSAP有限元软件进行小震和中震分析，采用SATWE弹性时程分析法进行了多遇地震下的补充计算，并采用MIDAS BUILDING进行了罕遇地震下动力弹塑性时程分析。分析结果表明结构在地震作用下的反应和破坏机制均能满足预期性能目标。
关键词：超限高层；部分框支剪力墙；性能设计；动力弹塑性时程分析
1.工程概况
本工程场地位于贵州省贵阳市南明区，为一栋超高层住宅楼，共三个单元。建筑周边场地为坡地，地面最低点标高平负一层楼面，自此标高处算至结构大屋面共48层，塔楼结构高度139.7米，。负一层至地上二层层高分别为5.6米、4.8米、5.8米，三层及以上的标准层层高2.85米（十五和三十层为3.15米）；另自负一层以下设2层全埋地下室。
工程场地抗震设防烈度为6度，建筑场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期为0.35s。抗震设防分类为标准设防类，安全等级二级，设计基准周期50年，设计使用年限50年。
2.结构选项及布置
本工程采用部分框支剪力墙结构，楼盖采用钢筋混凝土梁板式楼盖。嵌固端设置在负一层楼面标高，在嵌固端以上各单元之间设抗震缝断开，将各单元分成各自独立的结构单元。
本工程建筑高度139.7米，为B及高度，根据相关要求，须作抗震设防专项审查。除高度超限外，还存在扭转不规则、平面不规则及竖向构件不连续等三项不规则项。
3.抗震性能目标设计
从表中计算结果对比可以看出，两种不同软件计算得出的结构整体参数指标均比较接近，控制指标出现楼层位置也比较接近；各项指标均满足规范要求。
依据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》结构抗震性能目标选定为C级。针对抗震性能目标的不同抗震性能水准，设计时的具体计算控制指标见表1。
表1 性能水准
注：耗能构件值框架梁、连梁，普通竖向构件指非加强区剪力墙，关键构件指加强区剪力墙、框支柱、框支梁。
4.结构计算与分析概述
结构计算分析主要从弹性和弹塑性两个阶段进行，弹性阶段的计算分析针对多遇地震下的设计与抗震设防地震下竖向构件的估算，手段主要采用了振型分解反应谱法（CQC），使用软件为SATWE及PMSAP，另外采用SATWE弹性时程分析法进行了多遇地震下的补充计算。
弹塑性阶段的计算分析针对抗震设防地震与罕遇地震下的计算分析，其中抗震设防烈度下采用SATWE程序针对不同关键构件分别作中震不屈服和中震弹性计算。罕遇地震下采用midas building进行了动力弹塑性时程分析。
5.多遇地震弹性分析
5.1振型分解反应谱法
安评报告提供的地震影响系数曲线与规范曲线存在差异，多遇地震下，两者的最大地震影响系数αmax和特征周期Tg取值不同，安评报告为0.0411（50年重现期）和0.30，规范为0.04（50年重现期）和0.35。本工程在进行多遇地震作用验算时，分别采用安评报告和规范的地震影响曲线进行了比较，计算结果接近，按规范地震影响系数曲线计算的结果略大；因此本工程地震反应谱计算部分按规范参数进行计算。
两种有限元计算软件的计算结果对比见表2。
表2 多遇地震计算结果
5.2弹性动力时程分析
选用了两组双向天然波TH1TG035、TH2TG035和一组双向人工波RH2TG035，3组地震波的反应谱与“规范”反应谱基本吻合。每条时程曲线计算所得结构基底剪力与CQC法基底剪力的比值均大于65%且均小于100%，三条时程曲线计算所得结构基底剪力的平均值均大于CQC法的80%；CQC法的层剪力曲线基本能包络所选的三条地震波对应的平均层剪力曲线，但在结构顶部少数楼层，CQC法的地震剪力略小，因此采用规范反应谱的CQC法计算结果可以作为结构设计的依据，但是应对顶部几层地震剪力进行适当放大。
6.设防地震作用下结构性能分析
对非底部加强区的剪力墙和关键构件分别进行中震不屈服和中震弹性设计。计算结果表明，绝大部分剪力墙、框支柱和框支梁的配筋与均与多遇地震计算结果基本相同，只有个别构件配筋稍大，施工图设计时应取其包络值
选取4根受力较大的框支梁和5片底层剪力墙验算抗剪承载力，验算结果表明，构件的抗剪承载力均有较大的余量，在设防烈度地震作用下，可达到“弹性”的抗震设防目标。
7.罕遇地震作用结构性能分析
7.1弹塑性动力时程分析
选用2条场地记录天然波和1条人工模拟地震波，配筋数据采用基于多遇地震及风荷载分析的实际配筋，利用Midas Building软件进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析。
7.1.1结构整体反应指标
最大层间位移角为：1/265（X）、1/253（Y），满足C级性能目标罕遇地震最大层间位移角限值1/250要求。
7.1.2结构构件损伤性能分析
罕遇地震作用下剪力墙受拉和受压基本保持弹性，仅有少量剪力墙局部墙肢发生零星剪切破坏，未出现整片墙屈服的情况。经验算，底层剪力墙剪压比均有较大富余。剪力墙的局部损坏主要分布在框支转换层的相邻楼层，说明转换层附近的楼层刚度突变对剪力墙的影响较大。
图1 剪力墙混凝土抗压状态和名义剪应变
部分连梁发生剪切破坏，产生塑性铰，部分框架梁也陆续出现塑性铰，连梁和框架梁共同耗散了输入结构的部分地震能量。剪力墙、连梁、框支梁较好地发挥了抗震设防的第一道防线的效能，而作为抗震设防第二防线的框支柱始终保持弹性状态，较好地发挥了二道防线的作用。
框支梁仅在局部出现轻微破坏，经验算抗剪承载力均有富余，未达到屈服状态，绝大部分框支梁均保持弹性状态。
8.结论
通过相关性能分析研究，结构整体反应、结构耗能损伤情况满足所设定的C及性能目标要求，能达到“小震不坏、中震可修、大震不到”的三水准目标。
参考文献：
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[5]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京：机械工业出版社，2004
论文作者:施法科
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/25
标签：结构论文; 塑性论文; 构件论文; 性能论文; 剪力论文; 弹性论文; 剪力墙论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;