某框支剪力墻超限高層大震彈塑性分析

孫 方

四川海辰工程設(shè)計(jì)研究有限公司 四川 綿陽(yáng) 621000

一、工程概況：

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本工程效果圖如下：

結(jié)構(gòu)基本參數(shù)

二、結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)

本工程結(jié)構(gòu)高度為116.55米，屬于大于7度區(qū)A級(jí)高度100米限值，小于B級(jí)最大適用高度120米限值，依據(jù)JGJ3-2010第3.11.1條及條文解釋?zhuān)竟こ探Y(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)定為D級(jí)，關(guān)鍵構(gòu)件的性能目標(biāo)提高至C級(jí)，同時(shí)將關(guān)鍵構(gòu)件中的框支框架性能水準(zhǔn)提高為中震彈性、大震不屈服，將關(guān)鍵構(gòu)件中的底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻性能水準(zhǔn)提高為中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服；大震不屈服。具體如下：

表2 -1 各構(gòu)件抗震性能目標(biāo)

三、結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析目的

1、通過(guò)層間位移角的分布及最大值判定該結(jié)構(gòu)在大震作用下是否滿(mǎn)足不倒塌的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2、通過(guò)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)而位移時(shí)程曲線判斷結(jié)構(gòu)整體剛度的退化程度并推測(cè)結(jié)構(gòu)的塑性損傷程度。

3、了解結(jié)構(gòu)塑性鉸的形成規(guī)律和構(gòu)件損傷特性，復(fù)核構(gòu)件的性能水準(zhǔn)是否滿(mǎn)足預(yù)定的性能目標(biāo)要求。

4、發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱部位或構(gòu)件，并針對(duì)分析結(jié)果中揭示的設(shè)計(jì)問(wèn)題提出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)或加強(qiáng)建議。

四、動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析的技術(shù)條件

本工程采用SAUSAGE（2018版）進(jìn)行罕遇地震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析復(fù)核，具體技術(shù)條件見(jiàn)軟件說(shuō)明書(shū)。

五、地震波選取

采用SAUSAGE自帶的地震波庫(kù)，參考小震選波的原則即和振型分解法所采用的反應(yīng)譜“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”選取了兩組天然波，一組人工波，具體如下：

表5 -1：分析工況信息分析工況信息表

地震波曲線如下：

六、位移結(jié)果

1、層間位移角及頂點(diǎn)位移

每組地震波作用下結(jié)構(gòu)的頂部位移及層間位移角見(jiàn)表10-3，結(jié)構(gòu)的位移曲線見(jiàn)圖11-8。

表6 -1 地震動(dòng)作用下彈塑性大震位移、層間位移角表格

由上表知：結(jié)構(gòu)在X方向的層間位移角最大值為1/195，出現(xiàn)在19層；結(jié)構(gòu)在Y方向的層間位移角最大值為1/214，出現(xiàn)在27層。結(jié)構(gòu)在X、Y兩個(gè)方向?qū)娱g位移角均滿(mǎn)足抗震性能目標(biāo)1/120的限值要求。

不同波組對(duì)應(yīng)的位移曲線

七、剪力結(jié)果

1、基底剪力

每組地震波作用下結(jié)構(gòu)的基底剪力最大值見(jiàn)下表：

表7 -1 每組地震波的最大基地剪力與相應(yīng)的剪重比

※大震基底剪力，約為小震反應(yīng)譜剪力5.60～6.46倍，可說(shuō)明大震作用下結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展不大，也可證明大震下的地震波選擇是合理的，能夠反映相應(yīng)等級(jí)地震的作用[1]。

八、結(jié)構(gòu)最終結(jié)構(gòu)鉸分布圖

1、框架梁塑性鉸

在教學(xué)方法中，以案例教學(xué)為主線，綜合運(yùn)用了傳統(tǒng)的講解式、新穎的PBL教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)等。在教學(xué)氛圍中以鼓勵(lì)和引導(dǎo)為主，讓實(shí)習(xí)生在輕松、愉悅的環(huán)境中學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。

※由上述圖知：結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展為剪力墻連梁首先開(kāi)裂，梁鉸明顯。

2、框架柱塑性鉸

※由上述圖知：框架柱基本為輕微破壞。

3、剪力墻性能水平

※由上圖知：作為耗能構(gòu)件的連梁損傷嚴(yán)重，符合性能目標(biāo)D的要求；關(guān)鍵構(gòu)件中除個(gè)別（面積占比小于5%）墻體為中等～重度破壞外，其余關(guān)鍵構(gòu)件為輕微～輕度破壞，滿(mǎn)足預(yù)定的性能目標(biāo)，高于性能目標(biāo)D的要求。

九、罕遇地震作用下彈塑性時(shí)程分析結(jié)論

1、主體結(jié)構(gòu)在各組地震波作用下的X向最大彈塑性層間位移角為1/195，Y向最大彈塑性層間位移角為1/214，且無(wú)突變，滿(mǎn)足“大震不倒”的設(shè)防要求；

2、整體結(jié)構(gòu)在罕遇地震時(shí)程作用下，其彈塑性發(fā)展歷程為：在罕遇地震下結(jié)構(gòu)連梁最先出現(xiàn)塑性鉸，隨著地震波加速度的增大，較多的連梁發(fā)生塑性變形并逐步累積耗能；極少量結(jié)構(gòu)框架梁、柱開(kāi)裂至進(jìn)入屈服狀態(tài)；地震輸入結(jié)束時(shí)絕大部分剪力墻未進(jìn)入屈服狀態(tài)，只有少數(shù)剪力墻中度破壞。

4、設(shè)計(jì)采用型鋼混凝土柱、部分受力較大的及支承框支次梁的框支梁采用型鋼混凝土梁、部分剪壓比較大的墻采用鋼板混凝土剪力墻等加強(qiáng)措施能有效保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水準(zhǔn)、整體結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)。

綜上，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的大震動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，本結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的彈塑性反應(yīng)及破壞機(jī)制合理，符合結(jié)構(gòu)抗震工程的概念設(shè)計(jì)要求，能達(dá)到預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。

十、結(jié)合罕遇地震作用下彈塑性時(shí)程分析結(jié)果需采取的結(jié)構(gòu)措施

1、本結(jié)構(gòu)連梁破壞嚴(yán)重，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)將采取相關(guān)加強(qiáng)措施，確保其破壞后承擔(dān)豎向荷載的能力，并將部分連梁改為型鋼混凝土連梁，按大震不屈服設(shè)計(jì)。

2、將關(guān)鍵構(gòu)件中個(gè)別性能水準(zhǔn)為中等破壞的剪力墻采用鋼板剪力墻加強(qiáng)，確保其達(dá)到大震下性能水準(zhǔn)4的要求。