淺談超高層的計算與分析

單春紅

大連建筑設(shè)計研究所有限公司 遼寧大連 116011

隨著經(jīng)濟發(fā)展，超限結(jié)構(gòu)建筑愈來愈多。超限結(jié)構(gòu)是指超過規(guī)范要求限制的高層建筑。某工程中有超限結(jié)構(gòu)，以此超限結(jié)構(gòu)進行淺談超高層的計算與分析。某超限結(jié)構(gòu)地上46層，結(jié)構(gòu)高度146.6米，采用鋼筋混凝土全落地剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端。塔樓結(jié)構(gòu)高度超過A級高度26.6米，為B級高度建筑[1]。剪力墻抗震等級為一級[2]。設(shè)計使用年限50年，建筑物抗震設(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度7度[3]。

1 地震作用

抗震設(shè)防目標為“三個水準”，即小震不壞，中震可修，大震不倒。

根據(jù)地震安全性評價報告，場地類別屬于Ⅱ類場地。按超限審查要求，設(shè)計地震動參數(shù)：小震按“場地地震安全性評價報告”結(jié)果和規(guī)范的較大值確定，中震和大震按規(guī)范采用。本工程安評地震X、Y兩方向的基底剪力分別是規(guī)范小震的1.27、1.30倍，表明安評計算值大于規(guī)范計算的值，所以小震設(shè)計地震動參數(shù)按安評報告值取用，即結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，特征周期0.35s，水平地震影響系數(shù)最大值0.1101。按規(guī)范，中震、大震場地特征周期分別為0.40s、0.50s，水平地震影響系數(shù)最大值分別為 0.23、0.50。

2 相關(guān)計算分析

2.1 多遇地震的計算分析

設(shè)計地震動參數(shù)按安評報告值取用后，進行相關(guān)計算與分析。多遇地震的計算采用PKPM與MIDAS BUILDING進行對比分析，經(jīng)計算，兩種軟件結(jié)果相近，符合小震不壞的抗震設(shè)防目標。

多遇地震需要進行彈性動力時程分析，按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第5.1.2條要求，取三組加速度時程曲線輸入時，計算結(jié)果宜取時程法包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值。地震波取自PKPM地震波庫里人工加速度時程曲線RH1TG040、天然波TH1TG040和地震研究所提供的實際記錄天然波USER635a。

表1 彈性時程計算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力

表2 反應(yīng)譜法計算得到的結(jié)構(gòu)底部剪力

每條波計算的底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，且不大于130%。三條波計算的底部剪力平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%，且不大于120%。通過相關(guān)計算，需按包絡(luò)值對43層以上樓層的地震剪力進行放大，放大系數(shù)為 1.12。

2.2 中震及大震計算

中震的抗震性能目標，底部加強部位主要墻肢的偏拉、偏壓承載力需滿足中震不屈服，受剪承載力需滿足中震彈性；其余樓層主要墻肢的偏拉、偏壓和受剪承載力需滿足中震不屈服；連梁和框架梁的受剪承載力需滿足受剪截面控制條件。經(jīng)計算，中震不屈服計算時只有個別墻肢出現(xiàn)拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力低于混凝土抗拉強度標準值，剪力墻中不需要配置抗拉型鋼。若出現(xiàn)拉應(yīng)力高于混凝土抗拉強度標準值時，需配置抗拉型鋼。

大震計算分析主要有大震不屈服計算和彈塑性分析。大震不屈服墻肢需滿足大震時的受剪截面控制條件：VEK≦0.15fckbh0。彈塑性分析的構(gòu)件配筋直接讀取SATWE分析配筋結(jié)果，并對底部加強部位剪力墻配筋進行人工調(diào)整，材料強度取標準值。桿件鉸判別條件為：截面剛度退化為初始截面剛度70%時，認為出現(xiàn)塑性鉸；墻高斯點破壞條件為：墻高斯點的相對應(yīng)變超過0.9時，認為高斯點破壞。

彈塑性分析時，X方向和Y方向分別在47步及30步達到性能點，所對應(yīng)的頂點位移分別為355.2、488.8mm，性能點對應(yīng)的最大層間位移角分別為1/287、1/269，分別在17～19層及27～31層；X方向和Y方向性能點的基底剪力分別為34666.9、33324.2KN，而規(guī)范小震的基底剪力分別為7393.0、7352.5KN，推覆基底剪力分別達到規(guī)范小震基底剪力的4.69、4.53倍。從以上結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)在大震作用下能力曲線能夠穿越需求譜曲線,說明結(jié)構(gòu)在大震作用下是安全的。X、Y方向需求譜曲線和能力曲線的交點坐標分別為（T，A）=2.990, 0.095、（T，A）=3.594, 0.091；對應(yīng)的層間位移角分別為1/287、1/269，滿足規(guī)范不大于1/120的要求。

從罕遇地震性能控制點對應(yīng)的層間位移角分布來看，結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段后剛度分布較為合理，沒有出現(xiàn)明顯的薄弱層。在罕遇地震階段,層間位移角峰值下移,部分連梁進入塑性。連梁作為結(jié)構(gòu)的主要耗能構(gòu)件,早于剪力墻破壞,達到了設(shè)計預(yù)期目標。

3 結(jié)語

通過計算分析，結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震性能目標，可以通過構(gòu)件加強措施，進一步提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（1）對小震彈性動力時程分析地震剪力超過CQC法的上部樓層進行地震剪力放大，并采取提高該部位主要豎向構(gòu)件延性的抗震構(gòu)造措施。（2）對樓板局部開大洞處進行結(jié)構(gòu)加強。（3）對底部墻肢在推覆時受力裂縫比較集中，拉應(yīng)力較大墻肢的端部節(jié)點提高配筋率,提高結(jié)構(gòu)的延性。（4）出現(xiàn)拉應(yīng)力的墻肢按特一級構(gòu)造。