杭州某超限高層建筑結(jié)構(gòu)多遇地震下彈性分析

李 麗,岑 偉,金振奮,沈 金,肖志斌

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

杭州某超限高層建筑結(jié)構(gòu)多遇地震下彈性分析

李 麗,岑 偉,金振奮,沈 金,肖志斌

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

針對(duì)項(xiàng)目超限情況,采用基于性能目標(biāo)的抗震設(shè)計(jì)方法,通過(guò)PKPM、盈建科和MIDAS計(jì)算軟件對(duì)本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多遇地震計(jì)算分析比較,進(jìn)而提出一系列加強(qiáng)措施。

超限高層建筑;抗震性能設(shè)計(jì);彈性分析

1 工程概況

某辦公樓位于杭州市,項(xiàng)目總建筑面積約3萬(wàn) m2。地下1層,地上11層,結(jié)構(gòu)高度47.8 m,其中裙房3層,結(jié)構(gòu)高度9.7 m,平面尺寸為107.8 m×89.3 m,見(jiàn)圖1。塔樓平面尺寸為50.4 m×39.9 m,主要層高4.0 m,主要結(jié)構(gòu)跨度為10.5 m,見(jiàn)圖2。塔樓和裙房之間未設(shè)置變形縫,形成一個(gè)整體。

以上是在沒(méi)有加入不平順的情況下分析得到的結(jié)果，而實(shí)際情況，道路是存在不平順的，因此，在動(dòng)力仿真時(shí)加入一定的不平順更符合實(shí)際情況，具體仿真結(jié)果如圖8所示。

圖1 裙房結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 典型標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),設(shè)計(jì)使用年限為50年。建筑抗震設(shè)防烈度為6度,Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05 g,特征周期為0.35 s?；撅L(fēng)壓0.45 N/m2(50年重現(xiàn)期),地面粗糙度類(lèi)別為B類(lèi)。

流水燈是指一組在控制系統(tǒng)的控制下按照設(shè)定的順序和時(shí)間來(lái)發(fā)亮和熄滅的燈。本文以AT89C51單片機(jī)的P1.0口的按鈕S1控制P0口的發(fā)光二極管的狀態(tài)，若按動(dòng)按鈕的次數(shù)是偶數(shù)時(shí)，進(jìn)入流水燈第一種狀態(tài)：依次點(diǎn)亮D1至D8，若再次按下按鈕，按按鈕的次數(shù)由偶數(shù)變?yōu)槠鏀?shù)，則進(jìn)入第二種狀態(tài)：D1、D3、D5、D7亮，D2、D4、D6、D8滅，延時(shí)一段時(shí)間，D2、D4、D6、D8亮，D1、D3、D5、D7滅，如此循環(huán)，并用keil編程軟件和protus仿真軟件對(duì)以上進(jìn)行仿真。

李離點(diǎn)著頭：“嗯嗯，打擾兩位前輩了。我名叫李離，這是上官星雨，袁安與吳耕，黃梁村的老黃拿走了我半包金葉子，是宇晴師父讓我們爬上樹(shù)，向你們問(wèn)路的，我們想知道萬(wàn)花因隧道的入口在哪里，我們想去萬(wàn)花谷?！?/p>

2 結(jié)構(gòu)布置及超限檢查

多遇地震結(jié)構(gòu)整體分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

平扭耦連模式的振型分解反應(yīng)譜法結(jié)構(gòu)整體分析計(jì)算，采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的PKPM系列程序,主要有SATWE、盈建科,同時(shí)采用MIDAS BUILDING計(jì)算軟件進(jìn)行校核對(duì)比。采用SATWE、盈建科、MIDAS BUILDING等三個(gè)不同計(jì)算模式的多層高層建筑結(jié)構(gòu)三維有限元分析與設(shè)計(jì)軟件分別進(jìn)行計(jì)算,互相校核對(duì)比驗(yàn)算。計(jì)算模型三維視圖見(jiàn)圖3。

2.2 抗震設(shè)計(jì)性能目標(biāo)

(2)欽州石夾剖面硅質(zhì)巖主量元素各特征值及其比值與圖解顯示，研究區(qū)的硅質(zhì)巖在強(qiáng)烈的生物作用下形成，并有顯著的陸源物質(zhì)加入，沉積環(huán)境主要為大陸邊緣，且D-C界線處可能受過(guò)熱液活動(dòng)的影響。

針對(duì)項(xiàng)目超限情況,對(duì)關(guān)鍵部位及關(guān)鍵構(gòu)件提出了性能設(shè)計(jì)目標(biāo)[2],見(jiàn)表1。

表1 關(guān)鍵部位及關(guān)鍵構(gòu)件性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

3 多遇地震作用下結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

主樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,在主樓四角以及中間洞口周邊合適位置設(shè)置剪力墻,裙房為框架結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)具有最大扭轉(zhuǎn)位移比1.33，塔樓偏置，最小有效樓板寬度為該層樓板典型寬度的35.4%，多塔四項(xiàng)不規(guī)則,屬于超限高層[1]。

圖3 計(jì)算模型三維視圖

3.1 多遇地震

2.1 超限概況

由表2可知,SATWE與盈建科的結(jié)果差別很小,下面只對(duì)SATWE和MIDAS BUILDING的計(jì)算結(jié)果作對(duì)比。

表2 多遇地震結(jié)構(gòu)整體分析計(jì)算結(jié)果

3.2 模型質(zhì)量

模型質(zhì)量比較見(jiàn)表3。

表3 質(zhì)量比較

地震作用下的基底剪力、彎矩比較見(jiàn)表4。

3.3 總地震作用效應(yīng)

表4 地震作用下的基底剪力、彎矩比較

3.4 風(fēng)荷載作用下的基底內(nèi)力

回頭細(xì)琢磨，當(dāng)年一些他想不通的事，現(xiàn)在全都找到了答案。李紅最先知道楊蓉去了小火車(chē)站上班，知道追她的是個(gè)公子哥，還有那次倆人談話后，楊蓉就不來(lái)菜站了。

風(fēng)荷載作用下的基底剪力、彎矩比較見(jiàn)表5。

表5 風(fēng)荷載作用下的基底剪力、彎矩比較

周期比較見(jiàn)表6。

3.5 振型與周期

表6 周期比較

3.6 層間位移

層間彈性位移角比較見(jiàn)表7。

從以上對(duì)SATWE模型和MIDAS模型的各參數(shù)的比較,可以看到它們的分析結(jié)果較為接近,這說(shuō)明SATWE和MIDAS的分析結(jié)果是可信的。

吹牛！我也用這個(gè)詞回敬她。我干了六年，從來(lái)就沒(méi)碰上美女同事。拋光這活兒忒臟，上班時(shí)要戴口罩系圍裙，哪個(gè)女孩愿意做？何況她這么漂亮的女孩，干拋光豈不是暴殄天物了？

表7 層間彈性位移角比較

當(dāng)水聽(tīng)到美好的話語(yǔ)時(shí)，通過(guò)顯微鏡呈現(xiàn)的水結(jié)晶就是均勻而漂亮的；當(dāng)水聽(tīng)到辱罵性的話語(yǔ)時(shí)，呈現(xiàn)的結(jié)晶就是扭曲而丑陋的。

4 多遇地震下彈性時(shí)程分析結(jié)果與反應(yīng)譜結(jié)果對(duì)比

彈性時(shí)程與反應(yīng)譜均采用SATWE軟件計(jì)算,彈性時(shí)程選取2組實(shí)際地震記錄和一條人工模擬波共三條加速度時(shí)程曲線(圖4～6)進(jìn)行計(jì)算,輸入地震加速度的最大值不小于18 cm/s2。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

圖4 RH3TG035 (人工波)的波形圖

圖5 TH2TG035 (天然波)的波形圖

圖6 TH3TG035 (天然波)的波形圖

由表8可知,計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求,即“各條波計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法的65%,多條波計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不小于振型分解反應(yīng)譜的80%”[3]。結(jié)構(gòu)地震作用取三條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的較大值。在振型分解反應(yīng)譜法中,通過(guò)設(shè)置樓層剪力增大系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述要求。

表8 時(shí)程曲線底部剪力與CQC底部剪力比較

5 裙房屋面與主樓交接處樓板應(yīng)力分析

采用MIDAS對(duì)第三層樓板進(jìn)行應(yīng)力分析,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,大洞口周邊及應(yīng)力集中的區(qū)域加大板厚及配筋。X、Y方向地震標(biāo)準(zhǔn)工況作用下樓板單元的最大主應(yīng)力云圖見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 X方向地震標(biāo)準(zhǔn)工況作用下樓板單元的最大主應(yīng)力云圖(第三層)

6 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)超限情況,設(shè)計(jì)中采取了一系列的措施,在

結(jié)構(gòu)布置上采取的措施總結(jié)如下：

1)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu),提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。

2)嚴(yán)格控制層間剛度比、受剪承載力比,避免出現(xiàn)軟弱層、薄弱層。

根據(jù)CH/T 9008.3—2010《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000數(shù)字正射影像圖》的規(guī)定，山地高山地?cái)?shù)字正射影像圖平面精度為0.8 mm(圖上)，即實(shí)地精度要求為1.6 m。通過(guò)各個(gè)像控點(diǎn)布設(shè)方案的精度統(tǒng)計(jì)情況可以看出，像控點(diǎn)布設(shè)最密集的方案二精度統(tǒng)計(jì)情況最好，沒(méi)有坐標(biāo)差超限的檢查點(diǎn)。方案四的精度統(tǒng)計(jì)情況最差，且有一個(gè)檢查點(diǎn)坐標(biāo)差超限。按各個(gè)像控點(diǎn)布設(shè)方案進(jìn)行測(cè)量和生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖，其成果均能保證精度要求。

3)在主樓四個(gè)角部設(shè)置四片剪力墻,嚴(yán)格控制層間位移角滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4)框架柱(地下1層至裙房屋面以上2層,19.550 m標(biāo)高及以下)抗震等級(jí)提高一級(jí)。

5)主樓框架柱(地下1層至裙房屋面以上2層,19.550 m標(biāo)高及以下)及裙房周邊柱等箍筋全長(zhǎng)加密,并加強(qiáng)縱向配筋。

（本文系2016年3月3日在櫻花園實(shí)驗(yàn)學(xué)校參加英華教育辦學(xué)發(fā)展暨《走向英華》首發(fā)座談會(huì)上的發(fā)言，經(jīng)本人審閱修訂。）

6)主樓周邊四片剪力墻(地下1層至裙房屋面以上2層,19.550 m標(biāo)高及以下)抗震等級(jí)提高一級(jí)。

在《教育部關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的意見(jiàn)》中，明確界定了核心素養(yǎng)，即學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力.目前，教育部正在組織專(zhuān)家對(duì)高中課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，要求把學(xué)科核心素養(yǎng)作為修訂課程標(biāo)準(zhǔn)的主線，圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)制訂教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和教材編制.在這樣一個(gè)大環(huán)境下，對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)的評(píng)價(jià)提出了新的要求，不僅要考察學(xué)生的基本知識(shí)和基本技能，更重要的是要考察學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.因此，中考試題不能僅僅以考察知識(shí)為目標(biāo)，而應(yīng)依賴(lài)數(shù)學(xué)知識(shí)和技能考察學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)水平.以考察數(shù)學(xué)抽象、邏輯思維、數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)運(yùn)算、幾何直觀、數(shù)據(jù)分析為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)，是一種必然的趨勢(shì).

7)在中間大洞口周邊合適位置設(shè)置剪力墻。

8)裙房屋面層板厚加厚至150 mm,雙層雙向配筋,主樓及裙房在裙房屋面層的上下兩層板厚及配筋加大。

9)主樓采用帶裙房與不帶裙房計(jì)算結(jié)果包絡(luò)設(shè)計(jì)。

10)連接薄弱部位板厚加厚至150 mm,配筋加大并采用雙層雙向配筋。

[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010．

[2] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2008．

[3] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010．

Analysis on the Elasticity of a Over-Limited High-Rise Building Structure when Repeatedly Encountered by Eathquake in Hangzhou

LILi,CENWei,JINZhenfen,SHENJin,XIAOZhibin

2016-12-20

李 麗(1985—),女，江蘇興化人，工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU375

B

1008-3707(2017)01-0018-04