某超高層框筒結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析

夏江

(中南勘察設(shè)計(jì)院(湖北)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430071)

1 結(jié)構(gòu)概況

此超高層建筑總面積約為16.1萬(wàn)m2，地下3層、地上46層，結(jié)構(gòu)高度為199.1 m;結(jié)構(gòu)形式為框筒結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年;建筑抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類;建筑高度類別為超B級(jí)高度;抗震設(shè)防烈度7度;建筑場(chǎng)地類別Ⅲ類;場(chǎng)地土特征周期0.45 s;剪力墻抗震等級(jí)特一級(jí)，框架柱抗震等級(jí)一級(jí)。

2 彈性計(jì)算分析參數(shù)及結(jié)果

2.1 彈性計(jì)算分析參數(shù)

小震反應(yīng)譜計(jì)算中，考慮了扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)、偶然偏心及雙向地震效應(yīng)。結(jié)構(gòu)位移指標(biāo)驗(yàn)算時(shí)，采用全樓強(qiáng)制剛性樓板假定，風(fēng)荷載采用重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓。小震彈性計(jì)算分析參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 彈性計(jì)算分析參數(shù)表

2.2 結(jié)構(gòu)周期

結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算結(jié)果表

SATWE:Tt/T1=0.711＜0.85，ETABS:Tt/T1=0.728＜0.85，MIDAS:Tt/T1=0.765＜0.85，滿足規(guī)范要求。

2.3 結(jié)構(gòu)位移和位移比

結(jié)構(gòu)位移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 結(jié)構(gòu)位移計(jì)算結(jié)果表

2.4 樓層剪力及傾覆彎矩

結(jié)構(gòu)內(nèi)力及傾覆彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，表5。

表4 結(jié)構(gòu)底層內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表

表5 結(jié)構(gòu)底部四層傾覆彎矩計(jì)算結(jié)果表

3 動(dòng)力彈塑性分析結(jié)果

3.1 地震波時(shí)程曲線

依據(jù)國(guó)家抗震規(guī)范的原則和超限審查技術(shù)要點(diǎn)，要求本工程應(yīng)進(jìn)行第三水準(zhǔn)的大震彈塑性分析，以確定本工程大震不倒的安全性。大震波為中國(guó)建筑科學(xué)研究院提供的該場(chǎng)地兩條實(shí)測(cè)天然波(大震)和一條人工波。本項(xiàng)目彈塑性分析按7度罕遇考慮，時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程曲線有效峰值加速度取為220 cm/s2。

3.2 層間位移角

層間位移角結(jié)果圖見(jiàn)圖1。

圖1 彈塑性時(shí)程層間位移角結(jié)果圖

3.3 樓層位移

樓層位移結(jié)果圖見(jiàn)圖2。

圖2 彈塑性時(shí)程樓層位移結(jié)果圖

3.4 樓層剪力

樓層剪力結(jié)果圖見(jiàn)圖3。

圖3 彈塑性時(shí)程樓層剪力結(jié)果圖

3.5 結(jié)構(gòu)出鉸狀態(tài)

結(jié)構(gòu)出鉸示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 第30 s結(jié)構(gòu)出鉸示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上動(dòng)力彈塑性計(jì)算分析，可以得出以下結(jié)論:

1)彈塑性時(shí)程分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)豎立不倒，主要抗側(cè)力構(gòu)件沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重破壞，多數(shù)連梁屈服耗能，部分框架梁參與塑性耗能，但不至于引起局部倒塌和危及結(jié)構(gòu)整體安全。能夠滿足設(shè)定的大震下結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的要求;

2)在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)連梁最先出現(xiàn)塑性鉸，然后連梁損傷迅速發(fā)展并出現(xiàn)剪切損傷，隨時(shí)程輸入連梁損傷逐步累積;結(jié)構(gòu)部分框架梁進(jìn)入塑性階段參與結(jié)構(gòu)整體塑性耗能，但框架梁整體塑性損傷有限;結(jié)構(gòu)框架柱全部未進(jìn)入屈服狀態(tài)，二、三層躍層柱未出現(xiàn)損傷;地震輸入結(jié)束時(shí)剪力墻出現(xiàn)極少量局部損傷，未出現(xiàn)剪力墻全截面進(jìn)入屈服狀態(tài);

3)整個(gè)外框架在罕遇地震作用下基本保持彈性工作狀態(tài)，部分框架梁的塑性損傷超過(guò)開(kāi)裂強(qiáng)度水準(zhǔn)，極少數(shù)超過(guò)屈服強(qiáng)度水準(zhǔn);框架柱塑性損傷絕大部分未達(dá)到開(kāi)裂強(qiáng)度水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)外框架作為第二道設(shè)防體系具有足夠的富余;

4)罕遇地震作用下，筒體剪力墻滿足抗剪彈性的設(shè)防要求，未出現(xiàn)剪力墻全截面剪切型損傷，混凝土受壓和鋼筋拉壓都處于彈性階段;

5)罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)樓層位移角時(shí)程包絡(luò)滿足不大于1/100的抗震設(shè)防要求;整體來(lái)看，結(jié)構(gòu)在罕遇地震輸入下的彈塑性反應(yīng)及破壞機(jī)制，符合結(jié)構(gòu)抗震工程的概念設(shè)計(jì)要求，抗震性能達(dá)到“大震不倒”的抗震性能目標(biāo)。

［1］ 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.Midas Building非線性分析手冊(cè)［Z］.2009.

［2］ 楊先橋，傅學(xué)怡，黃用軍.深圳平安金融中心塔樓動(dòng)力彈塑性分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，32(7)：40-49.

［3］ 周德玲，趙 華，張 偉，等.津?yàn)硰V場(chǎng)9號(hào)樓超限高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2010，10(7)：30-33.

［4］ 岳健廣，白國(guó)良，錢(qián) 江，等.鋼筋混凝土管柱—鋼桁架豎向混合結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2009，25(4)：19-23.

［5］ 田 潔，田 偉.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力彈塑性分析［J］.西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24(3)：334-338.