某超高層框筒結構動力彈塑性分析

夏江

(中南勘察設計院(湖北)有限責任公司，湖北武漢 430071)

1 結構概況

此超高層建筑總面積約為16.1萬m2，地下3層、地上46層，結構高度為199.1 m;結構形式為框筒結構;結構設計使用年限為50年;建筑抗震設防分類為重點設防類;建筑高度類別為超B級高度;抗震設防烈度7度;建筑場地類別Ⅲ類;場地土特征周期0.45 s;剪力墻抗震等級特一級，框架柱抗震等級一級。

2 彈性計算分析參數及結果

2.1 彈性計算分析參數

小震反應譜計算中，考慮了扭轉耦聯效應、偶然偏心及雙向地震效應。結構位移指標驗算時，采用全樓強制剛性樓板假定，風荷載采用重現期為50年的基本風壓。小震彈性計算分析參數見表1。

表1 彈性計算分析參數表

2.2 結構周期

結構自振周期計算結果見表2。

表2 結構自振周期計算結果表

SATWE:Tt/T1=0.711＜0.85，ETABS:Tt/T1=0.728＜0.85，MIDAS:Tt/T1=0.765＜0.85，滿足規范要求。

2.3 結構位移和位移比

結構位移計算結果見表3。

表3 結構位移計算結果表

2.4 樓層剪力及傾覆彎矩

結構內力及傾覆彎矩計算結果見表4，表5。

表4 結構底層內力計算結果表

表5 結構底部四層傾覆彎矩計算結果表

3 動力彈塑性分析結果

3.1 地震波時程曲線

依據國家抗震規范的原則和超限審查技術要點，要求本工程應進行第三水準的大震彈塑性分析，以確定本工程大震不倒的安全性。大震波為中國建筑科學研究院提供的該場地兩條實測天然波(大震)和一條人工波。本項目彈塑性分析按7度罕遇考慮，時程分析所用地震加速度時程曲線有效峰值加速度取為220 cm/s2。

3.2 層間位移角

層間位移角結果圖見圖1。

圖1 彈塑性時程層間位移角結果圖

3.3 樓層位移

樓層位移結果圖見圖2。

圖2 彈塑性時程樓層位移結果圖

3.4 樓層剪力

樓層剪力結果圖見圖3。

圖3 彈塑性時程樓層剪力結果圖

3.5 結構出鉸狀態

結構出鉸示意圖見圖4。

圖4 第30 s結構出鉸示意圖

4 結語

通過以上動力彈塑性計算分析，可以得出以下結論:

1)彈塑性時程分析結果表明，結構豎立不倒，主要抗側力構件沒有發生嚴重破壞，多數連梁屈服耗能，部分框架梁參與塑性耗能，但不至于引起局部倒塌和危及結構整體安全。能夠滿足設定的大震下結構性能目標的要求;

2)在罕遇地震作用下，結構連梁最先出現塑性鉸，然后連梁損傷迅速發展并出現剪切損傷，隨時程輸入連梁損傷逐步累積;結構部分框架梁進入塑性階段參與結構整體塑性耗能，但框架梁整體塑性損傷有限;結構框架柱全部未進入屈服狀態，二、三層躍層柱未出現損傷;地震輸入結束時剪力墻出現極少量局部損傷，未出現剪力墻全截面進入屈服狀態;

3)整個外框架在罕遇地震作用下基本保持彈性工作狀態，部分框架梁的塑性損傷超過開裂強度水準，極少數超過屈服強度水準;框架柱塑性損傷絕大部分未達到開裂強度水準，結構外框架作為第二道設防體系具有足夠的富余;

4)罕遇地震作用下，筒體剪力墻滿足抗剪彈性的設防要求，未出現剪力墻全截面剪切型損傷，混凝土受壓和鋼筋拉壓都處于彈性階段;

5)罕遇地震作用下，結構樓層位移角時程包絡滿足不大于1/100的抗震設防要求;整體來看，結構在罕遇地震輸入下的彈塑性反應及破壞機制，符合結構抗震工程的概念設計要求，抗震性能達到“大震不倒”的抗震性能目標。

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