超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

賀振坤

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司 重慶市渝中區(qū) 400000）

超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

賀振坤

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司 重慶市渝中區(qū) 400000）

本文主要探討B(tài)級高度框架-核心筒結(jié)構(gòu)的整體分析、彈性時(shí)程分析、動力彈塑性時(shí)程析，總結(jié)了超限框架-核心筒結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。

1 工程概況

本項(xiàng)目D1#樓位于重慶市江北區(qū)，為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，結(jié)構(gòu)高度為196.3m，超過《高規(guī)》中規(guī)定的Ⅵ度區(qū)A級高度限值150m的規(guī)定。本項(xiàng)目于2014年10月已通過重慶市超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目只有一個塔樓，附帶商業(yè)裙房、地下車庫及配用套房，嵌固層設(shè)置在負(fù)一層頂板，嵌固層以下有三層，均為地下車庫，嵌固層上部有吊2、吊1層、1～45層。塔樓34層～42層框架柱均為斜柱，傾斜角度為6°。結(jié)構(gòu)總體關(guān)系如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)體系示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)彈性分析

本工程采用 SATWE（2010年版）、MIDAS-Building（2014版）進(jìn)行彈性對比分析，分析時(shí)均采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用，并考慮了偶然偏心及雙向地震作用：采用CQC法進(jìn)行振型組合。

表1 彈性分析主要結(jié)果

由表1可知：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期與平動周期之比為0.65（Satwe）和0.67（Building），均滿足規(guī)范關(guān)于周期比0.85的規(guī)定；在地震和風(fēng)荷載作用下，最大層間位移角小于規(guī)范1/661的限值；X向最大位移比為1.33，Y向最大位移比為1.30，滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)兩個主方向剛重比均大于1.4，能夠通過高規(guī)5.4.4條的整體穩(wěn)定驗(yàn)算的要求，但應(yīng)考慮二階效應(yīng)。

2.2 彈性時(shí)程分析

根據(jù)JGJ3-2010第4.3.5條要求，總共選用3條波，其中1條人工波，2條天然波，滿足實(shí)際地震記錄數(shù)量不小于總數(shù)2/3的要求。1條人工波選自安評報(bào)告，2條天然波選自地震波庫。地震波平均譜與規(guī)范譜相比，在前三個主要周期點(diǎn)上相差最大值為3%，滿足規(guī)范不大于20%的要求，對比情況如圖2所示。

圖2 規(guī)范譜與地震波平均譜對比圖

由表2可以看出，每條時(shí)程曲線計(jì)算的底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。對比結(jié)果表明所選地震波滿足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求。同時(shí)也滿足條文說明規(guī)定的每條地震波輸入計(jì)算不大于反應(yīng)譜分析結(jié)果的135%，平均值不大于反應(yīng)譜分析結(jié)果的120%。

表2 地震波基底剪力與反應(yīng)譜對比表

2.3 動力彈塑性時(shí)程分析

彈塑性計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院編制的EPDA軟件進(jìn)行計(jì)算。對于EPDA，鋼筋和鋼材采用理想彈塑性雙線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。對于混凝土單軸采用雙線性模型，梁、柱均采用纖維束模型。剪力墻采用彈塑性剪力墻單元模型，本構(gòu)關(guān)系采用二維本構(gòu)，混凝土由殼單元模擬，剪力墻分布筋采用薄膜等效，剪力墻暗柱鋼筋采用纖維束模型，軟件非線性方程采用弧長增量法（如表 3～4）。

本結(jié)構(gòu)在預(yù)估的罕遇地震作用下，最大彈塑性層間位移角X向?yàn)?/407，Y向?yàn)?/371，均能滿足規(guī)范限值要求（如圖3）。

1-1、2 -2剖框架梁均進(jìn)入塑性，除最上面兩層框架柱出現(xiàn)塑性鉸外，其余框架柱均未出現(xiàn)塑性鉸；3-3剖面連梁均進(jìn)入塑性，剪力墻均未出現(xiàn)塑性鉸，但頂層也出現(xiàn)了水平裂縫，說明該層出現(xiàn)了明顯的鞭梢效應(yīng)；4-4剖框架梁均進(jìn)入塑性，除最上面兩層框架柱出現(xiàn)塑性鉸外，其余框架柱均未出現(xiàn)塑性鉸；5-5剖面連梁均進(jìn)入塑性，剪力墻均未出現(xiàn)塑性鉸。

表3 EPDA彈塑性計(jì)算的參數(shù)

表4 大震彈塑性層間位移角計(jì)算結(jié)果

圖3 塑性鉸發(fā)展過程圖

3 總結(jié)

對于B級高度的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照規(guī)范要求采用至少兩種不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算，同時(shí)還應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算，對于高度在150～200m的建筑，宜采用動力彈塑性時(shí)程分析方法校核層間彈塑性位移角是否滿足規(guī)范要求。

TU973.1

A

1673-0038（2015）45-0112-02

收稿日期：2015-10-19

賀振坤（1983-），男，工程師，碩士，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。