某超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)與分析

楊軼宇

摘要：隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展以及城市土地資源的日益緊張，超限高層建筑被應(yīng)用的越來(lái)越加廣泛，其安全與否對(duì)于人們的生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要的影響，因此，必須加強(qiáng)對(duì)超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視。本文就以某超限高層建筑為例，對(duì)其工程的概況、抗震設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行闡述，并利用相應(yīng)的工程分析軟件對(duì)其抗震性能進(jìn)行分析，提出超限高層建筑結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：某超限高層建筑結(jié)構(gòu)；抗震超限設(shè)計(jì)；抗震性能分析；注意事項(xiàng)

在對(duì)超限高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)工程實(shí)際情況選擇合理的抗震指標(biāo)，綜合考慮各部分結(jié)構(gòu)應(yīng)該達(dá)到的抗震性能目標(biāo)與水準(zhǔn)，利用合理的計(jì)算方法對(duì)其驗(yàn)證，從而保證最終的設(shè)計(jì)效果符合抗震規(guī)范的要求。

一、某超限高層建筑工程概況

本建筑工程的主體結(jié)構(gòu)高度為186.550m，在地面上的總層數(shù)設(shè)計(jì)為46層，有7層裙房，地下結(jié)構(gòu)為4層，成雙塔構(gòu)型。地下結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)與高度分別為：地下1層高度為5.500米，作為超市使用；地下2-3層主要作為車庫(kù)使用，高度為3.900米；地下4層是人防兼車庫(kù)，保持層高在4.500米。地上結(jié)構(gòu)的層高與功能設(shè)計(jì)分別為：1層高度5.500米，2-7層高度是5.000米，1—7層共同作為購(gòu)物中心；8層以上都作為辦公使用，8層與9層的層高應(yīng)為4.000米，10層、22層以及34層作為避難層，其高度為4.050米，剩余樓層高度都為3.850米[1]。

二、某超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)

（一）某超限高層建筑結(jié)構(gòu)體系與抗震超限設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程的結(jié)構(gòu)體系主要包括：鋼管混凝土柱和鋼梁組成的外部框架、鋼筋混凝土核心筒構(gòu)成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年；建筑結(jié)構(gòu)整體的安全等級(jí)設(shè)計(jì)以二級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)；在抗震類別上，10層（第一避難層）以下為乙類，以上為丙類；設(shè)計(jì)基本地震加速度采用0.10g，整體抗震設(shè)防烈度為7度，地震分組設(shè)計(jì)為第二組，場(chǎng)地類別屬于Ⅱ類，場(chǎng)地的特征周期設(shè)計(jì)為0.40s。

（二）抗震超限設(shè)計(jì)目標(biāo)

抗震超限設(shè)計(jì)的目標(biāo)需要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同而進(jìn)行確定，結(jié)合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的定義，本工程的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以分為兩類，第一類是位于底部加強(qiáng)區(qū)的核心筒和越層柱，第二類是位于非底部加強(qiáng)區(qū)的核心筒、工程中的框架梁、連梁和外框柱以及樓板[2]。

根據(jù)抗震超限設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，此兩類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能水準(zhǔn)和抗震性能目標(biāo)應(yīng)如表1所示， 表1抗震性能水準(zhǔn)與抗震性能目標(biāo)

具體的抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)如表2所示。

地震等級(jí)

抗震性能目標(biāo) 多遇

地震 設(shè)防烈度地震 罕見(jiàn)地震

震后整體損壞程度 完好，無(wú)損壞 輕度損壞 中度損壞

層間位移值 1/658 1/221 1/100

震后構(gòu)件性能狀況 底部加強(qiáng)區(qū)核心筒

保持良好彈性 抗剪彈性；受彎不屈服；

控制墻體拉應(yīng)力 抗剪截面滿足規(guī)范要求

越層柱 抗剪彈性；受彎不屈服

可以進(jìn)入需塑性，

但應(yīng)控制塑性變形程度

非底部加強(qiáng)區(qū)核心筒 抗剪彈性；受彎不屈服

抗剪截面滿足規(guī)范要求

外框架柱 抗剪彈性；受彎不屈服

框架梁 允許部分構(gòu)件彎曲屈服；

允許部分構(gòu)件進(jìn)入抗剪塑性；

抗剪截面滿足規(guī)范要求

連梁 抗剪彈性

受彎不屈服 可以進(jìn)入需塑性，但應(yīng)控制塑性變形程度，且不能脫落

樓板 允許開(kāi)裂，但裂縫寬度與降低剛度應(yīng)在一定范圍內(nèi) 允許開(kāi)裂，但不能

開(kāi)裂過(guò)度或脫落

表2：抗震性能要求

三、某超限高層建筑工程結(jié)構(gòu)抗震超限分析

為計(jì)算本工程的抗震性能和尋找結(jié)構(gòu)的薄弱位置，遵循地震設(shè)計(jì)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的慎防原則，本文以MIDAS Building和SATWE為計(jì)算工具，對(duì)本工程的各項(xiàng)抗震性能要求進(jìn)行了相應(yīng)的分析，具體分析內(nèi)容如下：

（一）多遇地震彈性分析

在利用軟件對(duì)建筑工程進(jìn)行多遇地震彈性分析時(shí)，利用殼單元來(lái)模擬墻體和樓板，框架柱和梁用桿件單元來(lái)模擬，以軟件自帶的鋼管混凝土截面來(lái)代替建筑工程中的鋼管混凝土，可以得到如圖1和圖2的層間位移角曲線[3]。

圖1：SATWE分析得到的X向?qū)娱g位移角曲線

圖2：MIDAS Building分析得到的X向?qū)娱g位移角曲線

由圖1和圖2分析可以得出，本工程在多遇地震的地震波作用下發(fā)生的層間位移的規(guī)律與反應(yīng)譜基本一致，且都沒(méi)有超過(guò)規(guī)范要求的層間位移值，表明了本工程抗震超限設(shè)計(jì)滿足多遇地震設(shè)計(jì)的要求。

（二）罕遇地震動(dòng)力彈塑性分析

利用EPDA軟件對(duì)本工程在罕遇地震情況下的動(dòng)力彈塑性情況進(jìn)行計(jì)算，可以得到圖3所示的數(shù)據(jù)。

圖3：罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)樓層間位移角

據(jù)圖分析可以得出：本工程在罕遇地震的作用下，于水平和垂直方向發(fā)生的最大彈塑性層間位移角出現(xiàn)在35層，其最大值為1/119左右，沒(méi)有超過(guò)抗震規(guī)范要求的1/100，能夠?qū)崿F(xiàn)“大震不倒”的抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，需要考慮多種情況下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能與水準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)任何遺漏或者錯(cuò)誤，都會(huì)造成建筑工程結(jié)構(gòu)中某一部分成為抗震的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而造成安全隱患。因此，在進(jìn)行超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計(jì)時(shí)，需要請(qǐng)具有豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和足夠?qū)I(yè)水平的工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)論證，從而保證建筑工程的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林辰，陳勇豪.興業(yè)·喜來(lái)登廣場(chǎng)酒店主樓抗震超限設(shè)計(jì)[J].浙江建筑，2014，9：17-21.

[2] 陳達(dá)鋒.某高位轉(zhuǎn)換超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].工程抗震與加固改造，2013，4：67-75.

[3] 譚雪峰，李磊，李秋嫻等.某超限高層剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，11：54-54.

[4] 賀志文.某超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)[J].新材料新裝飾，2014，3：416-417，372.