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摘要：随着我国经济社会的发展和人民生活水平的日益提升，建筑物的高度不断增加，其使用功能也越来越复杂，人们对建筑物的外形、结构设计等各项要求也越来越高。而现有的相关规范很难对建筑物结构设计的提出明确清晰的要求，导致各地区超限高层建筑不断出现。因此，本文结合实际项目案例对其抗震性能设计进行了详细分析。
关键词：超限结构；弹塑性分析；抗震性能
1、工程概况
项目位于深圳市南山区。项目用地面积南侧地块8258.13平方米、北侧地块5006.53平方米，总建筑面积158687.99平方米。本项目规划建筑高度，南地块为100米，北地块为150米，南地块上有一栋建筑即1栋，地上32层，设有七层裙房，四层地下室，总建筑高度99.9米，裙房屋面层以上分成双塔，即A塔和B塔，双塔中间设缝宽400mm。为剪力墙结构，此建筑为超限高层。主要是通过对1栋塔楼进行超限判断及超限设计可行性论证分析，明确结构薄弱位置，以采取加强措施指导施工图设计。
2、1栋结构超限情况及抗震性能目标
2.1基本情况
项目名称：深业鹤塘岭花园是剪力墙结构类型，设防烈度为7级；抗震等级为二级；抗震设防类为丙类；抗震设防类为二级。
2.2抗震性能目标
本项目的抗震设计在满足国家、地方规范外，将根据性能化抗震设计的概念进行设计。本工程采用SATWE、MIDAS计算软件程序进行对比分析，参考《高层建筑混凝土结构技术规程》，进行抗震性能评估时其性能目标可定为性能C。
3、罕遇地震作用分析
3.1弹塑性分析目的
对结构在罕遇地震作用下的非线性性能给出定量解答，研究本结构在罕遇地震作用下的变形形态、构件的塑性及其损伤情况，以及整体结构的弹塑性行为。验证结构“大震不倒”的设防水准要求；研究结构关键部位、关键构件的变形形态和破坏情况；根据以上研究结果，对结构的抗震性能给出评价，并对结构设计给出改进建议。
3.2罕遇地震（大震）下的性能要求
结构在罕遇地震下拟达到的性能要求：结构的最大层间位移角应小于规范限值，剪力墙结构为1/120。确定结构的薄弱层部位：结构最大层间位移，结构最大层间位移角超过现行规范限制的楼层，结构构件塑性铰，剪力墙破坏点比较集中的部位，结构局部变形较大的部位，结构弹塑性反应力突变的部位。确定剪力墙薄弱部位，根据构件塑性铰显示及剪力墙的变形破坏状态显示判别。确定框架梁薄弱部位，根据构件塑性铰显示判别。确定框架柱薄弱部位，根据构件塑性铰显示判别。
3.3弹塑性静力分析方法
分析采用MIDAS BUILDING三维有限元空间弹塑性分析软件，进行结构非线性分析，该分析方法具有如下优势：能自动读取程序中的几何信息，计算配筋等计算的分析结果。采用较为先进的纤维束模型模拟梁、柱、支撑等一维构件，纤维束模型的适用性好，不受截面形式和材料限制，是较为精确的杆系有限元模型。采用弹塑性墙元来模拟剪力墙的弹塑性性质、这种单元计算效率高，精度好，可以较真实的分析和显示剪力墙的弹塑性变形状态。
3.4PUSHover中的材料模型与假设
1）混凝土：弱化弹塑性拉断压碎有退化滞回模式来仿真混凝土在反复荷载作用下的应力 – 应变关系。该模式的滞回骨架是通过能量等效从混凝土的Saenz曲线换算过来的，应力超过抗拉强度将一次拉裂，下一次循环不能恢复；应力超过抗压强度材料进入塑性，弹性模量小于零；滞回过程中发生退化。应变超过抗压极限应变，材料将彻底玻坏，退出工作。
2）钢材：本工程将钢材单轴本构关系定义为理想弹塑性模型，模拟钢材在反复荷载作用下的应力-应变关系
3.5 PUSHover中构件模型及假设
1.剪力墙：采用非线性的二维壳单元来模拟，由于剪力墙在平面内提供刚度，平面外的钢度是次要的，所以其刚度矩阵严格按应力 – 应变关系来求得。
2.柱、梁：按一维构件采用纤维束模型模拟，是由混凝土实心元和钢筋面积两部分迭成。程序采用了相同的位移模式，不同的材枓特性和积分过程。钢筋看作是连续的板。分别计算各自的刚度，然后叠加。
3.6结构弹塑性静力分析模型
PUSHover的结构分析模型的几何信息、构件尺寸和布置、约束条件及竖向荷载信息与MIDAS的分析模型相一致，构件的设计资料采用MIDAS的计算结果。材料的弹塑性本构关系的建立符合规范所推荐的方法。本工程为一栋多塔结构，分两个单塔进行分析，为1栋A塔建立了三维弹塑性分析模型。
3.7计算结果及分析
本次计算采用我国建筑抗震设计规范定义的地震影响系数曲线，得到在罕遇地震条件下的需求谱。抗震规范提供的加速度谱为弹性谱，需利用等效阻尼折减为适用于大震作用下的弹性需求谱。1栋A塔X、Y向抗震性能分析结果如图1、2：
由上表可知，在性能点对应的地震作用下，1栋A塔结构满足规范罕遇地震作用下规定的“弹塑性层间位移比小于1/120”的规定；性能点处底部剪力与小震弹性底部剪力的比值分别为2.81倍和3.32倍，满足性能点处底部剪力与小震弹性底部剪力的比值的要求。大震作用下塑性铰主要发生在连梁、部分框架梁局部位置，塑性铰绝大部分处于IO（直接居住极限状态）阶段，少数处于LS（生命安全极限状态）阶段，个别处于CP（防止坍塌极限状态）阶段；从出铰顺序来看主要从建筑的下部及项部逐步向中间部位发展；符合大震作用下塑性铰出现位置和发展状态的规律。大震作用下剪力墙及框架柱未出现塑性铰，说明竖向构件具有良好的抗震性能。
在罕遇地震作用下（50 年超越概率2%），结构整体的抗震性能满足防倒塌的抗震设计目标。结构整体和大部分构件的最大弹塑性变形都小于相应的可接受最大弹塑性变形限值。结构出铰在各楼层分布均匀，出铰先后符合抗震设计理念，在罕遇地震作用下，该结构整体和大部分结构构件仍具有明显的强度和变形能力安全储备，只有局部墙肢出现破坏。表明该结构的抗震性能优于规范GB50011-2010规定的防倒塌的最低要求。
加强措施：在局部位置塑性铰发展较为严重的构件需要改善其延性性能和配筋等以调节其抗震变形能力，尽量将其变形控制在生命安全范围以内。
5结语
通过从抗震构造措施方面人手，对结构的重要部位、薄弱部位和薄弱层进行了加强，从计算结果分析，可满足正常使用和耐久性要求，达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的总体设防目标。
参考文献：
[1]金雪峰，于彦召.广州地铁某融资项目B1号楼超限结构设计[J].结构工程师，2019（02）：21-31.
[2]鄢兴祥.某超限高层建筑结构设计[J].低温建筑技术，2019，41（03）：33-38.
论文作者:刘俊臣
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/9
标签：塑性论文; 结构论文; 构件论文; 性能论文; 部位论文; 模型论文; 剪力墙论文; 《防护工程》2019年10期论文;