中信建筑设计研究总院 武汉 430014
摘要：本栋住宅属于B级高度的高层建筑结构，结构受力比较复杂；通过地震作用下的静力弹塑性分析，结构构件满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）抗震性能目标为C的要求，结构层间位移角满足《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）表M.1.1-2性能4的要求。
关键词：超限高层，剪力墙结构，PUSHOVER分析
0. 引言
武汉长江航运中心项目5#楼位于武汉市汉口沿江大道与民生路交汇处，建筑物地下4层，地上47层，其中第1-4层为商业，第5、19、34层为避难层，其余层为住宅，建筑高度163.65m，高宽比为8.1，超高层塔楼与商业裙楼间设防震缝分开，该缝兼作温度缝；通过比较《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、武汉市地震动参数小区划及《武汉长江航运中心项目工程场地地震安全性评价报告》提供的地震参数，安评提供的小震、中震、大震地震影响系数最大值最大，本项目采用地震安评地震影响系数最大值。本栋超高层采用剪力墙结构体系，属于B级高度的高层建筑结构，结构受力比较复杂，本文通过地震作用下的静力弹塑性分析，了解结构在弹塑性阶段的受力性能，并在定量分析的基础上对结构抗震性能做出评价。
1. 主体结构推覆的能力曲线
1.1 X方向的推覆性能
下图为结构X方向推覆的能力曲线。计算终止时，X方向顶点最大位移是1.4m，为结构总高的1/117，基底剪力为27275kN。结构关键构件的破坏主要集中在连梁与框架梁和底部部分墙体。
最先发生非线性的构件是局部连梁，是在顶点位移大约为0.14m时，此时基底剪力为10948kN；
在顶点位移为0.196，基底剪力15263kN，局部框架梁开始屈服；
在顶点位移为1.064m时，基底剪力为33959kN，底部部分剪力墙钢筋受拉压均达到屈服。
图2 X方向能力曲线
1.2 Y方向的推覆性能
下图为结构Y方向推覆的能力曲线。计算终止时，Y方向顶点最大位移是1.1m，为结构总高的1/149，基底剪力为32830kN。结构关键构件的破坏主要集中在连梁、框架梁和底部部分墙体。
最先发生非线性的构件是局部连梁，是在顶点位移大约为0.099m时，此时基底剪力为9728kN；
在顶点位移为0.165，基底剪力16130kN，局部框架梁开始屈服；
在顶点位移为0.836，基底剪力32772N，底部部分剪力墙钢筋受拉压均达到屈服；
图3 Y方向能力曲线
1.3 塑性铰开展情况
以X向为例，X向最大变形（即顶点位移为1.4m）下，框架塑性铰状态、剪力墙混凝土与钢筋应变等级和应力状态如下图。在极限变形状态下，结构部分框架梁、连梁、顶部构架框架柱的性能水准达到E状态。剪力墙混凝土轴向最大压应力为38.5 N/mm2，应变等级达到5，进入极限状态，局部小墙肢抗剪应变等级达到5，进入极限状态；剪力墙钢筋轴向最大压应力为415.8N/mm2，最大拉应力为412.5N/mm2，均大于强度标准值，进入屈服后强化阶段。
图4 X方向推覆力作用下框架塑性铰状态
图5 X方向推覆力作用下剪力墙混凝土的应变等级和应力
图6 X方向推覆力作用下剪力墙钢筋的应变等级和应力
2 结构的性能点及抗震性能分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]设定结构抗震性能目标为C，结构的层间位移角满足《建筑抗震设计规范》[1]表M.1.1-2性能4的要求。采用的需求谱为我国《建筑抗震设计规范》中所采用的弹性反应谱，各系数采用安评生成的参数。
2.1 大震
1）X方向性能点
图中正X向性能点处结构等效阻尼比约为19.17%，顶点位移为0.6979m，最大层间位移角1/191。
图7 X方向推覆分析的能力曲线和大震性能点
2）Y方向性能点
图中正Y向性能点处结构等效阻尼比约为22.68%，顶点位移为0.7529m，最大层间位移角1/153。
图8 Y方向推覆分析的能力曲线和大震性能点
3）层间位移角
分析结果表明，塔楼在大震作用下，在性能点处层间位移角如下表所示：X、Y向的变形达到我国《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）表M.1.1-2性能4的要求。
大震性能点层间位移角 表1
4）基底剪力
分析结果表明，塔楼在大震作用下，在性能点处基底剪力如下表所示：
大震性能点基底剪力 表2
5）塑性铰开展情况
以X向为例，在罕遇地震弹塑性X方向的静力推覆分析过程中，随着增量步数的增加，结构中下部连梁首先出现塑性铰，接着框架梁开始出现塑性铰，随着推覆力的不断增大，出现塑性铰的连梁和框架梁不断增加。在大震性能点时，局部框架梁和连梁塑性铰达到LS状态，但未进入CP状态。剪力墙混凝土轴向最大压应力为32.6 N/mm2，应变等级为2，未屈服；少部分剪力墙混凝土剪应变应变等级为2，弹性；钢筋轴向最大压应力为214.7N/mm2，最大拉应力为262.9N/mm2，应变等级为1，弹性。均满足性能目标。在Y向大震性能点时，均满足性能目标。
图9 X方向大震性能点时框架、连梁塑性变形
图10 X方向大震性能点时剪力墙混凝土的应变等级和应力
图11 X方向大震性能点时剪力墙钢筋的应变等级和应力
4.结语
静力弹塑性分析反映塑性铰的开展情况，对于中震和大震下的构件验算是个很好的参考和补充。
上述结果显示结构具有足够变形能力储备和内力重分布的能力而不至于被破坏到临界倒塌极限状态。结构弹塑性层间位移角达到我国《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）表M.1.1-2性能4的要求。
在中震性能点时部分连梁和框架梁出现塑性铰，剪力墙、框架柱均未屈服，其性能满足设定的抗震性能目标。
在大震性能点时大部分连梁及部分框架梁出现塑性铰，但均未达到CP状态，剪力墙未屈服，其性能优于设定的抗震性能目标。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房与城乡建设部.GB 50011－2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010
[2]中华人民共和国住房与城乡建设部.JGJ 3－2010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，2011
论文作者:黄磊
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/21
标签：性能论文; 塑性论文; 位移论文; 结构论文; 剪力论文; 基底论文; 方向论文; 《建筑模拟》2018年第2期论文;