湛宇杰
广东天元建筑设计有限公司 广东佛山 528000
摘要：本文以深圳科兴科学园这一超限高层建筑工程作为实例，探讨了其抗震设计的重点以及基本方法。
关键词：超限；高层建筑结构；抗震设计
前言
超限高层建筑是当前乃至未来的建筑主流发展形势，超限高层规模较大，对建筑的抗震性能，必须加强研究的力度，让这建筑能够避免，地震灾害带来的破坏，立足长远发展的眼光。
1工程概况
深圳科兴科学园位于深圳市南山区科技园中区，项目周边有北环大道，深南大道，南海大道等城市交通干道。项目由3座56层超高层塔楼及4层地下室组成。长度为32.3m。建筑长宽比为1.2，高宽比为5.1，内筒高宽比为11.4。1~3座采用部分框架核心筒结构，地上56层，地下4层，采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。
2超限判定
在满足国家、地方规范的同时，根据性能化抗震设计的概念进行设计。结构抗震性能目标整体达到《抗规》性能C的要求，具体如下表1所示：
位移角限值1/5001/330~1/2501/100
核心筒弹性底部加强区抗剪中震弹性、抗弯不屈服；非底部加强区按中震不屈服验算。底部加强区不进入塑性；非底部加强区允许进入塑性，控制塑性变形；满足大震下抗剪截面控制条件。
连梁弹性少量抗弯屈服；不出现抗剪屈服抗弯大量进入塑性，不严重破坏，不允许剪切屈服。
外框柱弹性底部加强区抗剪中震弹性；非底部加强区按中震不屈服验算。允许部分构件弯曲塑性发展，控制塑性变形；不形成楼层破坏机制；不发生剪切破坏。
楼板弹性允许开裂，控制裂缝宽度，控制楼板钢筋的应力水平。允许开裂，控制裂缝宽度，钢筋不屈服。
3楼板弹性分析
为了确保抗震性能目标的实现，分别采用空间有限元分析设计软件SATW和Midas Building进行多遇地震下的静力弹塑性分析，并验证结构各部位在多遇地震作用下的性能目标。SATWE 和Midas Building均为三维空间分析软件，能够很好模拟本工程的实际情况。本工程楼梯电梯间较为密集，楼梯电梯洞口间连接板较为薄弱，为此在Midas Building程序中建立弹性楼板进行分析。计算结果表明：多遇地震作用下，各楼层大部分区域内楼板面内正应力为0.4MPa，楼板面内应力为0.2MPa。 在地震作用下标准层开有较多洞口的楼板内的面内正应力较大，最大可达1.2MPa，多遇地震作用下楼板可以满足“小震弹性”的抗震性能目标。
根据设防烈度地震作用下楼板的分析及本工程对设防烈度地震作用下楼板的性能目标要求，应按照设防烈度地震作用下楼板内钢筋“弹性”或“不屈服”来判断相应楼板是否满足“弹性”或“不屈服”的要求。 根据多遇地震作用下计算的楼板应力，按设防烈度地震作用下楼板的应力考虑，计算分析表明，设防烈度地震作用下，各楼层大部分区域内楼板面内正应力为0.65MPa，各楼层大部分区域内楼板面内正应力为0.4MPa，基本上小于混凝土抗拉强度标准值；仅在核心筒开洞周边及拉板两侧有较大应力集中，但应力超过混凝土抗拉强度标准值的区域大部分位于墙肢或框架梁宽度范围内，其他区域基本小于混凝土抗拉强度标准值；因此可以认为在多遇地震及设防烈度地震作用下，楼板面内没有产生贯通性裂缝。
4基于PERFORM 3D的罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析
4.1模型建立
用结构弹塑性分析程序PERFORM 3D建立三维弹塑性分析模型，几何和材料参数依据PKPM 模型，各类抗侧、连梁、剪力墙和框架柱都包含其中。 根据各类构件的类型和受力点，用上述方法定义了弹塑性性质。PERFORM 3D模型的质量为149129t，与PKPM 结果接近，说明PERFORM 3D模型可靠。
4.2 地震波选取
选择一组人工波和两组天然波进行罕遇地震弹塑性分析。 地震波分别为：人工波采用拟合规范的人工波；天然波1采用IMPERIAL VALLEY 地震波；天然波 2采用IMPERIAL VALLEY 地震波。地震波输入方向分别为 0°、90°、45°和 135°。
4.3整体反应
由于篇幅有限，本文只列举人工波在0°输入的罕遇地震弹塑性时程分析结果：（1）计算结构在罕遇地震拟合规范波下的弹塑性反应，得到 X方向和 Y方向基底剪力分别为 81MN和82MN；（2）计算结构在罕遇地震拟合规范波下的弹塑性反应，得到X方向和Y方向定点位移分别为 754mm和675mm；（3）计算结构在罕遇地震拟合规范波下的弹塑性反应，得到X 方向和Y方向的最大层间位移角分别为1/219，1/259，均满足GB50011-2010要求。
4.4构件反应
只列举人工波在 ０°输入的弹塑性时程分析结果：（1）剪力墙变形水平较低，部分剪力墙轻微损伤，抗剪未出现屈服，满足抗震性能目标；（2）柱未屈服，满足抗震性能目标；（3）少量框架梁轻微屈服；（4）较多连梁在罕遇地震下发生屈服，变形水平为IO（立即使用）或LS（生命安全），未达到CP（建筑物不倒塌）点，满足抗震性能目标。 梁屈服起到耗能作用，且发生屈服的梁在大部分楼层都有分布。
4.5基于 PERFORM 3D的罕遇地震作用下静力推覆分析
（1）推覆分析的侧向力分布：对于高层结构应考虑高阶振型的影响，因此没有采用按第一振型或者“倒三角”的模式加侧向荷载，而是依据多遇地震下CQC 计算得到的结构层地震作用分布。
（2）罕遇地震性能点：X 向Pushover分析得罕遇地震性能点基底剪力为83MN ，约为多遇地震的4.7倍，顶点位移为767 ｍｍ，约为多遇地震的5.2 倍；Y 向 Pushover分析得罕遇地震性能点基底剪力为82MN，约为多遇地震的 4.8倍，顶点位移为846mm，（不包含小屋面），约为多遇地震的5.4 倍；X 向Pushover计算得到罕遇地震性能点，X向最大层间位移角1/209 ；Y 向 Pushover 计算得到罕遇地震性能点，X向最大层间位移角 1/189，计算结果见图 2。 Pushover 分析表明，在罕遇地震性能点，结构层间位移角满足GB50011-2010 要求。
图2 推覆分析得到的结构层间位移角曲线
5超限处理主要措施
（1）核心筒及框架柱正截面承载力满足设防烈度地震不屈服，抗剪承载力满足设防烈度地震弹性要求。（2）扭转不规则使主体结构薄弱部位通常出现在整体结构边缘区域，设计时采取减小边缘结构竖向构件轴压比、剪压比及提高配箍率、配筋率等措施，提高结构延性，避免脆性破坏，另外对于楼板凹凸角、弱连系楼板采用楼板加厚，双层双向钢筋贯通配筋构造。
6结语
在超限高层建筑的设计中，设计人员在对工程进行设计的时候，应该采取最合理的设计方式。在设计的过程中应该对整体的建筑进行精确的计算与评估，力争发挥最高效的抗震的效果，力争将对人们的生命与财产造成的威胁的降到最低。
参考文献：
[1]邓声祥.江西商联中心超限高层基于性能的抗震设计[J].建筑,2018(12):66-68.
[2]关立军.某超限高层剪力墙结构抗震设计[J].低温建筑技术,2018,40(05):58-61+69.
论文作者:湛宇杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：楼板论文; 塑性论文; 性能论文; 烈度论文; 结构论文; 位移论文; 弹性论文; 《防护工程》2018年第32期论文;