本工程为产品研发办公楼，位于深圳，地下5层，地上55层，主体结构高度255.20m。建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0，设计使用年限50年。抗震设防类别属于乙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震第一组，Ⅱ类场地，特征周期0.35s。基本风压为0.75 kN/m2，地面粗糙度按C类，体型系数1.4。基础设计等级为甲级， 采用桩基础，桩基持力层为微风化粗粒花岗岩。
本工程结构采用钢管砼框架—钢筋砼核心筒混合结构体系，外框架柱采用钢管混凝土柱，核心筒外采用钢-砼组合梁，核心筒内采用混凝土梁，核心筒外楼板为钢梁-混凝土板组合楼盖，楼板采用桁架支承板，核心筒内采用普通混凝土板。沿建筑高度利用中区避难层Y向设置腰桁架，利用高区避难层X、Y向设置腰桁架，共2道。标准层结构布置图见图1.1、1.2，28、39层带状桁架示意见图1.3、1.4，建筑剖面图见图1.5。
钢管混凝土柱截面沿高度由Φ1400×30减小至Φ1000×20，钢材强度为Q345，混凝土强度由C60减小至C30。核心筒剪力墙墙厚由1200mm减至700mm，混凝土强度由C60减小至C30。除外框架梁及楼、电梯间内梁外，钢梁高500mm，局部钢梁高600mm；外框架梁为800、1000mm；钢梁强度Q345，混凝土梁除地下室顶板采用C35，其余采用C30。核心筒外板厚100mm，核心筒内板厚120mm；屋面层板厚120mm；地下室顶板混凝土强度采用C35，其余层采用C30。
框架抗震等级一级，剪力墙抗震等级为特一级。
图1.1 标准层（奇数层）结构布置图 图1.2 标准层（偶数层）结构布置图
图1.5 建筑剖面图
2.大震动力弹塑性时程分析
根据《建筑抗震设计规范》[1] GB50011-2010第5.5.2-2-2条和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2] JGJ3-2010第5.1.13条，本工程进行罕遇地震下的动力弹塑性时程分析。
动力弹塑性时程分析采用PKPM系列SASUAGE软件。
2.1 地震波的确定
根据本工程的场地地震安全性评价报告以及《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关规定，选取罕遇地震水准下的两组双向天然波和一组人工波。将地震波加速度峰值调整为220gal。
2.2 SAUSAGE的计算条件
混凝土考虑损伤，钢材采用随动强化模型。混凝土、钢材的本构关系见图2.4和图2.5。
阻尼采用Rayleigh阻尼， 。
梁、柱、剪力墙、楼板都采用纤维模型。对于梁单元(梁、柱)，沿截面方向划分为混凝土纤维、钢材纤维与钢筋纤维。根据平截面假定可得各个纤维的应变，由本构关系，可得到纤维应力。沿截面方向，对各纤维应力积分得到截面内力，再沿单元长度方向积分得到单元内力。对于壳单元(剪力墙、楼板)，沿厚度方向划分为混凝土层、钢材层与钢筋层。计算各个层的应变，由本构关系，可得到层应力。沿厚度方向，对各层应变积分得到厚度内力，再沿单元面积方向积分得到单元内力。
连梁面筋、底筋与边缘构件杆单元采用杆单元模拟，仅考虑轴向拉压作用。
图2.2 钢材应力-应变曲线
墙体混凝土材料的损伤程度分别由受拉损伤参数dt和受压损伤参数dc进行表达，其中dt和dc由混凝土材料进入塑性状态的程度决定。
注:括号内为与小震相应方向地震力的比值
表2.3 大震弹塑性分析层间位移角
图2.8 核心筒墙体及连梁（立面展开图）损伤（从左至右1、2、3、4）
图2.9 图2.10 图2.11 图2.12 图2.13 图2.14
（注：图2.10为框架柱混凝土压损伤，图2.11为框架柱钢管塑性应变，图2.12为钢框梁塑性应变，图2.13、2.14分别为楼板混凝土拉、压损伤，图2.15为楼板钢筋塑性应变。）
3.弹塑性结果分析
上述分析结果表明：在罕遇地震作用下：
（1）关键构件：1~5层框架柱混凝土未出现明显损伤，钢管未出现屈服；46~48、49~50层斜柱混凝土未出现明显压损伤，钢管仍保持弹性状态；斜柱相连钢框梁未出现屈服；底部加强部位（1~5层）核心筒角部出现压损伤，损伤因子<1.0，墙体水平及纵向钢筋未出现屈服。在施工图设计时，对核心筒角部设置型钢予以加强。整体上而言，关键构件基本满足设定的性能目标。
（2）普通竖向构件：加强层腰桁架未出现屈服；底部加强部位以上核心筒在局部收进、变截面部位出现压损伤，损伤因子<0.5；6层及以上框架柱混凝土未出现显损伤，钢管未出现屈服。在施工图设计时，对核心筒剪力墙在局部收进、变截面部位增大竖向钢筋予以加强。整体上而言，普通竖向构件基本满足设定的性能目标。
（3）耗能构件：绝大部分连梁出现压损伤，损伤因子0.5~0.9，连梁耗能作用明显。整体上而言，耗能构件基本满足设定的性能目标。
（4）楼板：楼板受拉损伤在全楼范围均存在，从高度方向上看加强层及上一层（28、29、39、40层）楼板拉损伤较为明显，从平面上看塔楼四角、核心筒内及沿核心筒周边的板带损伤较为明显；楼板受压损伤的区域主要集中在沿核心筒周边的板带，以及加强层上一层（29、40层）与腰桁架相连的板带处。在施工图设计时，需要对拉压损伤较为明显部位的板配筋予以一定的加强，以保证楼板有效的传递水平力。整体上而言，楼板基本满足设定的性能目标。
（5）三组波作用下结构的最大层间弹塑性位移角X向1/140、Y向1/138，满足规范限值1/100的要求。
因此，该塔楼可抵御工程所在场地地震波（峰值加速度220gal）的作用，较好的实现既定的抗震性能目标。
参考文献
[1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010
[2]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010
作者简介：张启豪（1985-），男，广东汕头，工程师
论文作者:张启豪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/12
标签：损伤论文; 混凝土论文; 楼板论文; 塑性论文; 核心论文; 截面论文; 桁架论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;