山东省建筑设计研究院 山东济南 250001
摘要：在经济高速发展的时代，我国的现代化建设的发展也更深更远。高层建筑不仅顺应社会发展的需要，同时也是国家综合实力的象征。目前，在建筑行业内，对高层甚至超高层建筑结构的抗震性能评价已成为当今研究的热点。鉴于此，本主主要分析基于性能要求的超限高层建筑结构抗震性能。
关键词：抗震性能；抗震设计；超限高层建筑；弹性分析
1、工程概况
项目位于某市建筑物由 1 座（45 层）、2 座（44层）和大底盘裙楼（4 层）组成的产业及配套用房用途公共建筑，地下两层车库，两栋单塔以裙楼中轴为对称布置，总建筑面积约 16.8 万 m2。1 座和 2 座建筑结构高度 190.5m，裙楼为21.6m。
本工程正负 0 至裙楼屋面部位为重点设防（乙类），其余部位为标准设防（丙类）。抗震设防烈度 7 度，II 类场地，设计地震第一组，地震加速度值 0.1g，特征周期 0.35s，设计使用年限 50 年，安全等级二级，重要性系数 1.0，地基基础甲级。风荷载基本风压 0.5kN/m2，地面粗糙度 B 类，体形系数 1.4。
2、抗震性能指标
结合结构的平立面布置和多遇地震下的弹性反应谱计算结果进行超限判别，判别依据为《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，可以判定本栋楼属于高度超限，存在局部平面不规则的B级高层建筑。
针对本栋高度超限情况以及局部不规则,采取如下设计措施：
（1）采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。
（2）底部结构错层处，错开的楼层各自作为一层进行分析，对楼板采用弹性膜，计算分析时按总刚分析方法，并考虑双向地震作用与偶然偏心取大值。错层楼层楼板加强，其板厚不小于120mm，配筋双层双向；错层分界处两侧楼板加厚为不小于140mm，采用双层双向配筋，楼板配筋率不小于0.25%。错层处剪力墙抗震等级特一级，墙厚300，分布钢筋配筋率不小于0.5%。
（3）采取性能化抗震设计，提高关键和重要部位构件的抗震承载力，确保整体结构达到《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.11.1条的抗震性能目标C。
（4）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.11.4条进行结构静力弹塑性分析，判定结构的薄弱部位和变形能力，确保结构达到预期的抗震性能目标。根据《高规》的规定，使用基于性能的抗震设计方法，结构总体性能目标定为 D 级，如表 1 所示。
表1 抗震性能目标
3、结构整体抗震分析及设计
3.1多遇地震作用下结构的弹性分析以及弹性时程分析
采用 SATWE 和 Midas Building 两种不同力学软件对结构进行计算，从而能保证计算的准确性。计算参数取值依据《抗规》要求，考虑双向地震、偶然偏心，振型数目取 27 个，连梁刚度折减系数 0.70，中梁刚度增大系数按 1.8 取值，框架梁端负弯矩调幅系数取 0.85，梁扭矩折减系数取 0.40，不考虑重力二阶效应。整体计算对比模型采用刚性楼板假定。两种软件的分析模型如图 1所示，计算结果见表 2。
图1结构分析模型
从结构计算结果来看，该结构第一、二阵型分别为 X、Y 方向平动，第三阵型为扭转。两软件计算出的结构周期比最大为0.5292，小于《高规》B 级高度高层建筑 0.85 的限值。计算出的位移比、位移角最大分别为 1.19、1/1311，小于规范的 1.2 和1/1000，满足要求。各项指标均能满足规范要求，误差也在合理范围内。
表2 结构整体分析指标
3.2设防烈度地震下的计算分析
结构体系在设防烈度地震作用下，主要是对薄弱部位进行分析校核，其中需要对 SATWE 和 ETABS 软件中部分参数进行修改，以确保软件分析结果的准确性。如下表 3。
表 3 参数的变更情况
（1）在中震作用下，PKPM 和 ETABS 的计算结果均显示最大层间位移角约为1/3000，符合规范要求，说明结构未发生塑性变化；（2）采用中震弹性方法和中震不屈服方法对结构分别进行计算，同时对结构关键部位进行详细验算，结果表明：框架柱底部和剪力墙关键部位均未发生屈服，普通梁柱抗剪不屈服，同时满足压弯弹性要求，截面符合抗剪承载力的验算，结构属于轻度破坏；（3）用双向地震分别进行计算时，得出结构薄弱区相近，说明结构布置良好，偏心作用较小；（4）分别用 PKPM 和 ETABS 计算出的结果基本相同，相对误差幅度为 1.64%～5.03%，验证了该结果的可靠性。
3.3罕遇地震下结构弹塑性分析
在对罕遇地震下结构的弹塑性进行分析时，采用的软件是由中国建筑科学研究院提供的 EPDA/PUSH 软件，利用该软件进行分析时要求整体结构全部采用空间模型，这样可以将该结构的弹塑性能以及屈服机制进行准确的反映。在该分析过程中，对PUSH的加载过程也有一定的要求:在结构竖向力开始作用的条件下，对侧推静力的荷载也要进行适当的调整，直到荷载满足停机控制的条件之后再停止。所有加载过程采用的方法都是非线性的分析方法，也就是利用弧长法来对逐步加载的弹塑性静力进行控制的一种非线性分析方法。而在罕遇地震作用下，结构塑性铰起作用的主要部位就在连梁以及框架梁和屈曲约束支撑，这就说明这些部位的构件是该结构中主要的屈服耗能构件，同时这些构件也能够满足抗震设防的具体要求。对于X，Y向的抗倒塌能力来说，从其相应的需求曲线就可以看出，大部分的层间位移角都可以达到设计规定的变形限值，同样对“大震不倒”的抗震设防标准也得以实现。
3.4框支转换构件配筋分析
要使得框支转换的构件在小震弹性、中震不被屈服，在考虑竖向地震作用的影响以后，对配筋简图进行比较，经过对比之后得出，框支转换构件要按上述的三种情况分别以较大的配筋结果进行钢筋的配置，这样做的主要目的是为了达到结构性能的设计目标。在该过程中利用 SATWE 软件进行分析，要对部分设计参数进行调整，即将多遇地震影响系数的最大值设置为0.46；此外，这里所说的考虑竖向地振作用，就是计算的相关内容包括水平和竖向地震。
4、结论
通过以上结构抗震概念设计，结合结构小震、中震和大震计算分析以及针对结构特殊部位的专门分析结果，其计算结果分析表明：结构的周期、振型、周期比、楼层位移比、层间位移角、刚重比等主要控制参数均在合理的范围内，对照国家有关规范、规程，该工程各项指标均满足规范的相关要求，可以认为该结构方案的抗震设计是安全可行的。
参考文献
[1]杨家瑞. 基于性能要求的超限高层建筑结构抗震性能分析[D].湖北工业大学,2018.
[2]朱济雷. 某超限高层基于性能的抗震设计及分析[D].广州大学,2016.
[3]王伟. 基于弹塑性分析方法的超限高层混凝土结构抗震性能研究[D].合肥工业大学,2013.
[4]贺文军. 基于性能的超限高层框架结构设计方法研究[D].湖南大学,2011.
论文作者:张鑫
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/29
标签：结构论文; 性能论文; 塑性论文; 部位论文; 弹性论文; 构件论文; 位移论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;