深圳市同济人建筑设计有限公司 广东深圳 518057
摘要：本文采用YJK软件对某超高层塔楼进行偶遇地震下的结构抗震性能验算；并采用结构分析软件PKPM-SAUSAGE对结构进行罕遇地震下的动力弹塑性分析。分析结果表明，结构设计达到了预期的抗震性能目标。
关键词：超高层塔楼；性能目标；偶遇地震；罕遇地震；动力弹塑性
1、工程概况
本工程位于深圳市龙岗区大运新城，其地上共39层，高度163.900m，高度超限。地下二层，基础埋深约11米，为全埋地下室，结构嵌固端设置在地下室顶板。建筑功能为办公和商务公寓，采用框架-核心筒结构，且塔楼与裙房之间设置结构缝。项目鸟瞰图如图1，标准层结构布置图如图2。本工程抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为Ⅱ类。
图2 标准层平面图
2、结构布置
本工程核心筒贯通建筑全高度且居中布置，核心筒宽高比约为15.3，核心筒外筒剪力墙厚度为600mm～350mm渐变。框架柱在底部楼层采用型钢混凝土柱截面，底层框架柱最大混凝土截面为1200x1300，各柱各楼层型钢含钢率为4.2%~5.9%不等，型钢混凝土柱升至第十八层，往上采用钢筋混凝土柱截面，上部框架柱最小截面为800x1000。本结构标准层框架柱之间采用框架梁连接，截面尺寸250x1200；框架柱与核心筒之间同样采用框架梁连接，截面尺寸为400x800；各分户墙下设置的次梁截面为200x800或250x750。墙柱混凝土等级为C30~C60，梁板混凝土等级为C30~C35；钢筋强度等级为HRB400。
3、结构体系及抗震性能目标
本工程塔楼高度超限，除小震弹性设计外，选择基于性能的抗震设计方法进行补充。根据《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）》第3.11节“结构抗震性能设计”条文，选择抗震性能目标为C类。对应的各类构件、不同水准的抗震性能目标见表1。
中震的弹性模型，在两个方向上比小震模型刚度略有下降，主要由连梁刚度折减造成。底部剪力与小震计算结果的倍数，为两个水准水平地震影响系数最大值比值2.8倍。
4.2中震楼板应力分析
地震作用下，楼板作为刚性隔板，传递水平力，协调竖向构件之间的变形，因而有必要验算地震作用下的楼板强度并使其满足相应的抗震性能目标，以确保地震作用下楼板能作为刚性隔板可靠传递水平力。现采用YJK计算软件对塔楼进行偶遇地震下的楼板应力分析，以判明楼板应力分布情况并指导施工图设计。塔楼标准层楼板应力计算结果下图3~图4所示。
图4 16F楼板Y地震应力云图
偶遇地震作用下，楼板除局部位置出现应力集中外，框架柱周边、核心筒剪力墙交界处、梁板交界处的楼板拉应力约为5~6MPa，其他部位楼板拉应力普遍小于2.0 MPa，不超过ftk=2.01 MPa。一般楼板配筋率在0.2%左右能够保证楼板钢筋不屈服。标准层核心筒内楼板拉应力均比核心筒外的楼板应力要稍微大一点，且楼板开洞范围较大，内置管线较多，核心筒内的楼板厚度做到150mm，0.3%的配筋率双层双向通长配筋。楼板压应力均小于fck=20.1Mpa，能够保证楼板混凝土不屈服。
5罕遇地震（大震）结构分析
计算软件采用具有“GPU+CPU”高性能运算能力的结构动力弹塑性软件PKPM-SAUSAGE。
5.1 主要构件配筋
参与刚度的结构构件的配筋率、钢骨信息如下表3：
结构罕遇地震弹塑性位移角最大值为1/136，满足[1/120]的性能目标。
5.2 单元损伤
通过观察结构构件的损伤情况，可以发现结构在不同工况下的构件性能。其中，在加速度时程CASE_TH120TG045的两个方向下，结构的损伤较大，与CASE_TH120TG045获得两个方向的较大倾覆弯矩和层间位移角一致。以下以工况CASE_TH120TG045_0和CASE_TH120TG045_90为例，显示不同类型构件在单元层面的损伤情况。汇总显示各楼层各构件的损伤占比分布如下图5~图8所示。
图6各工况下全楼框架柱性能比例统计
图8墙柱性能统计
框架柱的性能大多在轻微损坏~无损坏，在结构顶层柱顶出现较普遍的轻微~轻度损伤。核心筒剪力墙的性能大多在轻度损坏~无损坏。底部加强部位剪力墙普遍出现轻微~轻度损坏，符合剪力墙耗能区域的设计目标。多数框架梁处于轻微~轻度损坏，全楼框架梁的塑性铰开展不显著，主要在中、上部楼层出现少量IO水平的铰，可以满足大震下的性能目标。大部分连梁出现压损伤，起到较好的耗能作用。结构整体的屈服过程大体是连梁—框架梁—剪力墙，构件破坏顺序符合抗震性能设计的要求，能够较好的实现既定的抗震性能目标。
4、总结
本工程塔楼为超A级高度的框架-核心筒结构，仅为高度超限，不存在其他抗震不规则项，抗震设计选择C级性能目标。通过计算分析，本工程结构设计满足此抗震性能目标。
a、采用反应谱法近似计算中震地震效应，验证了各类结构构件的中震性能符合预期的性能目标；
b、利用SAUSAGE软件进行大震弹塑性动力时程分析，分析结果显示，结构在罕遇地震作用下的层间位移角符合规范要求，结构底部剪力在合理范围内，各类抗侧力构件的性能符合预期性能目标。
参考文献：
［1］JGS3-2010，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.
［2］GB50010-2010（2015版），混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
［3］GB 50011-2010k（2016版），建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
［4］DBJ 15-92-2013，广东省标准 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，2013.
论文作者:汤瑶
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第7期
论文发表时间:2019/10/14
标签：楼板论文; 结构论文; 性能论文; 应力论文; 框架论文; 构件论文; 目标论文; 《建筑细部》2019年第7期论文;