導(dǎo)語(yǔ)：超限高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

為考察結(jié)構(gòu)在地震作用下因結(jié)構(gòu)平面凸出超過(guò)規(guī)范限制條件對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的不利影響，通過(guò)較為細(xì)致的結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，揭示結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)及薄弱程度，并有針對(duì)性的采取措施加強(qiáng)該位置的抗震性能，從而保證整體結(jié)構(gòu)的抗震性能實(shí)現(xiàn)上述性能目標(biāo)。具體工作有如下幾個(gè)方面：（1）采用PKPM及MIDAS軟件分別對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈性分析（地震作用采用振型分解反應(yīng)譜法），通過(guò)兩個(gè)軟件計(jì)算的周期、層間位移角、頂點(diǎn)位移、基底最大剪力等總體結(jié)果判別兩個(gè)軟件分析結(jié)果的有效性；并進(jìn)一步根據(jù)結(jié)果重點(diǎn)考察結(jié)構(gòu)平面凸出位置樓板在地震作用下的應(yīng)力分布，同時(shí)考察結(jié)構(gòu)在側(cè)向作用下的層間位移曲線揭示結(jié)構(gòu)平面凸出對(duì)結(jié)構(gòu)的不利用影響。（2）采用PKPM及MIDAS軟件分別對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震彈性時(shí)程分析，以作為靜力分析方法的補(bǔ)充。通過(guò)對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)在各自加速度時(shí)程激勵(lì)下的基底最大剪力、層間最大位移角曲線、頂點(diǎn)位移以作為靜力分析的補(bǔ)充。同時(shí)對(duì)薄弱位置在時(shí)程中的最大反應(yīng)及應(yīng)力分析也是彈性時(shí)程分析的重點(diǎn)工作。上述分析結(jié)果作為后期施工圖設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)參考。（3）采用EPDA軟件分別對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)作中震及大震彈塑性分析，考察結(jié)構(gòu)在相應(yīng)設(shè)防烈度的地震作用下的損壞程度；以及在大震極限情況下結(jié)構(gòu)不致出現(xiàn)毀滅性的倒塌。

SATWE和MIDAS彈性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果

在小震作用下樓板的3條地震波作用下于樓板最大拉應(yīng)力為3MPa，但最大應(yīng)力僅出現(xiàn)在個(gè)別應(yīng)力集中的角點(diǎn)。大部分樓板的應(yīng)力都在2MPa以下，略大于C30混凝土的抗拉應(yīng)力，再考慮樓板鋼筋的作用可以判定在小震作用下樓板基本處于彈性狀態(tài)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)單元參照小震CQC法計(jì)算構(gòu)件配筋結(jié)果。地震波按彈性時(shí)程分析時(shí)所選地震波按中震輸入。中震階段結(jié)構(gòu)彈塑動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，構(gòu)件抗震承載力按強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算（作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1）。中震地震影響系數(shù)最大值αmax=0.12，地震波地震加速度時(shí)程曲線最大值：50cm/s2。連梁剛度折減系數(shù)取為0.5，同時(shí)不考慮風(fēng)荷載的作用，驗(yàn)算構(gòu)件承載力是否滿足要求。中震階段結(jié)構(gòu)彈塑動(dòng)力時(shí)程分析軟件采用EPDA進(jìn)行，通過(guò)調(diào)整以上分析參數(shù)，求出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，并進(jìn)行構(gòu)件承載力驗(yàn)算。結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件及關(guān)鍵部位構(gòu)件均滿足承載力驗(yàn)算保持完好無(wú)損壞，僅在個(gè)別樓層個(gè)別耗能構(gòu)件（連梁）出現(xiàn)輕微損壞，震后稍加修理即可繼續(xù)使用。從以上分析可知本結(jié)構(gòu)在中震地震作用下，結(jié)構(gòu)基本保持彈性，僅個(gè)別剪力墻及耗能構(gòu)件輕微損壞稍加修理即可繼續(xù)使用，達(dá)到了預(yù)期的抗震性能目標(biāo)：即設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)輕微損壞。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)在中震作用下的彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析得出結(jié)構(gòu)在中震作用下仍然保持彈性狀態(tài)，所以對(duì)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)MI－DAS軟件按照中震CQC法進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行中震彈性時(shí)程分析，考察樓板在中震下的反應(yīng)來(lái)近似模擬按小震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在中震作用下的樓板應(yīng)力分布狀況。作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1。中震地震影響系數(shù)最大值αmax=0.12。根據(jù)以上分析結(jié)果，樓層平面在中震作用水平地震時(shí)程激勵(lì)下，樓層平面開(kāi)洞后存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象。經(jīng)計(jì)算樓板大部分拉應(yīng)力為4.0MPa，大于C30混凝土的抗拉應(yīng)力。采用鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值作為樓板承載能力的指標(biāo)，保證中震時(shí)樓板鋼筋網(wǎng)不屈服，核心混凝土能有效工作，計(jì)算公式如下：σ中震≤fyASγREhs式中：γRE=0.85為抗震承載力調(diào)整系數(shù)；s為鋼筋間距；h為板厚。對(duì)于圖示位置部分樓層的連接區(qū)域樓板大部分拉應(yīng)力為6.0MPa，采用上述計(jì)算公式，根據(jù)樓板應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果，120mm厚連接板內(nèi)配三級(jí)鋼，直徑8mm，間距120mm，雙向雙層。而對(duì)于電梯間與樓梯間之間的連接板樓板應(yīng)力較大，則采用150mm厚板，配置三級(jí)鋼，直徑10mm，間距120mm，雙層雙向。通過(guò)以上構(gòu)造和計(jì)算分析可知，結(jié)構(gòu)樓板的平面凸凹、開(kāi)洞等平面不規(guī)則部位，在中震作用下仍處于彈性階段，能夠滿足抗震設(shè)防概念設(shè)計(jì)的要求。該結(jié)構(gòu)為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，相對(duì)于靜力彈塑性分析，采用動(dòng)力彈塑性分析能更為真實(shí)地反應(yīng)結(jié)構(gòu)在大震作用下各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性能。

本工層選用EPDA結(jié)構(gòu)軟件的PUSH程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)大震下彈塑性靜力push-over計(jì)算及分析，得出以下結(jié)論：（1）本計(jì)算選用參數(shù)時(shí)相對(duì)保守。材料強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮箍筋增強(qiáng)作用，僅計(jì)入1倍梁寬的翼緣作用，塑性鉸判斷準(zhǔn)則為剛度退化50%。因此，分析所得結(jié)果仍具有相當(dāng)?shù)脑Ａ?。?）能力、需求曲線及抗倒塌驗(yàn)算表明，性能點(diǎn)需求層間位移值小于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》限值且有較大裕量，具有結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下具有良好抗側(cè)能力和抗倒塌性能，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的性能目標(biāo)。（3）性能點(diǎn)層間位移最大值均發(fā)生在結(jié)構(gòu)彎曲變形和剪切變形都較大的中下部且層間位移值曲線沿層高變化連續(xù)平滑，無(wú)明顯變形集中的薄弱層，有利于結(jié)構(gòu)整體耗能性的充分發(fā)揮。（4）從位移荷載曲線可以看出，結(jié)構(gòu)在逐漸進(jìn)入屈服狀態(tài)之后呈現(xiàn)出明顯的延性特征，可以推斷，在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)具有良好的耗能性能。（5）本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓層的抗側(cè)剛度和抗剪承載力自下而上逐漸減小，與分析中性能點(diǎn)彎矩剪力較好吻合，提高了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性及合理性。（6）結(jié)構(gòu)的塑性狀態(tài)分析表明，結(jié)構(gòu)在作用不太大時(shí)，連梁將首先出鉸耗能，而隨荷載增加結(jié)構(gòu)頂部和底部也將成為主要塑性區(qū)域。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也對(duì)該區(qū)域作為重點(diǎn)設(shè)防區(qū)域，確保其延性。（7）經(jīng)過(guò)分析結(jié)構(gòu)在大震作用下具備良好的抗傾覆能力，能達(dá)到大震不倒的抗震性能。

針對(duì)超限的設(shè)計(jì)措施

（1）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，對(duì)四角凸出部位剪力墻加長(zhǎng)以增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，在一定程度上能減緩結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。并對(duì)該部分剪力墻采用中震不屈服設(shè)計(jì)。（2）核心筒與四周凸出部分連接較弱，為保證樓板在地震作用下能有效傳遞剪力墻之間的水平剪力和保證樓層剛度。（3）根據(jù)性能點(diǎn)出鉸情況，分別對(duì)45層結(jié)構(gòu)核心筒頂部8層及底部加強(qiáng)區(qū)和34層結(jié)構(gòu)核心筒頂部4層及底部加強(qiáng)區(qū)進(jìn)行配筋加強(qiáng)，豎向和橫向分布筋配筋率不小于0.3%。綜上所述，本工程結(jié)構(gòu)雖為特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，但通過(guò)PKPM和MIDAS兩個(gè)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析可判定所選用的結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能，結(jié)構(gòu)方案切實(shí)可行。對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱部位采取的加強(qiáng)措施能實(shí)有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，結(jié)構(gòu)能達(dá)到預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。

本文作者：楊剛工作單位：重慶市設(shè)計(jì)院