某超高層商住樓的抗震性能研究

馮河清

（廣東順建規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，廣東 佛山 528000）

近年來頻繁出現(xiàn)的地震災(zāi)害使得樓房的安全性能成為人們普遍關(guān)注的問題之一，對于高層商住樓來說更是如此，樓房的抗震性能直接關(guān)系到居民的安全問題。因此，對樓層進行動力彈塑性時程分析，研究樓層的抗震性能具有重要意義。

1 結(jié)構(gòu)特點

本研究中所研究的樓層高達50層，樓層中有住房也有商用房，結(jié)構(gòu)高度為237m，其結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土柱框筒，其平面尺寸達65m×44m。由于該商住樓的高度超過了150m，也就是最大的抗震高度，該樓層的抗震性能就無法保證。因此，我們必須分析該樓層的性能，確保樓層的抗震能力，本文采取動力彈塑性時程分析方法評價該樓層的抗震性能。

2 動力彈塑性時程分析

當(dāng)前，最可靠、最精確的結(jié)構(gòu)彈塑性分析方法就是時程分析法，因為這種方法不僅能夠定性分析建筑結(jié)構(gòu)，還能得出地震發(fā)生時，樓層結(jié)構(gòu)的真實反應(yīng)。彈塑性時程分析方法的原理就是將樓層的結(jié)構(gòu)當(dāng)成一個振動體系，然后將實際地震時采集到的或人為編制的地震波數(shù)據(jù)輸入到彈塑性振動體系中，進行逐步積分計算，得出在輸入地震波后，在地面隨著時間加速的過程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形隨時間的變化情況，以此來評價樓房的抗震性能。

對樓層進行彈塑性動力時程分析的優(yōu)點：

在分析的過程中，輸入彈塑性振動體系的是地震波的數(shù)據(jù)，因此，在輸入地震波后，結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化，這種變化就是地震發(fā)生后，結(jié)構(gòu)隨時間的變化情況，具體的變化有內(nèi)力、形變和損傷狀態(tài)等；許多彈塑性動力時程分析程序能夠定義材料的本構(gòu)關(guān)系，可以模擬任何結(jié)構(gòu)，分析結(jié)構(gòu)的彈塑性能；對于帶剪力墻的結(jié)構(gòu)，采用彈塑性動力時程分析得出的結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。

2.1 彈塑性動力分析的基本方法

實際分析時，樓層結(jié)構(gòu)的彈塑性分析有以下一個步驟：2.1.1 建立模型

獲取結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)以及結(jié)構(gòu)的特征，根據(jù)這些資料對樓層的結(jié)構(gòu)特點進行分析，根據(jù)分析的結(jié)果建立合適的幾何模型；2.1.2 定義材料的本構(gòu)關(guān)系

建立好幾何模型后，對材料的本構(gòu)關(guān)系進行定義，確定結(jié)構(gòu)中相關(guān)參數(shù)的類型和值；

2.1.3 把地震波數(shù)據(jù)輸入地震波數(shù)據(jù)幾何模型中

初始條件設(shè)置好后，將事先準(zhǔn)備好的地震波數(shù)據(jù)輸入幾何模型中，軟件開始對結(jié)構(gòu)的性能進行計算；

2.1.4 評估

得出計算結(jié)果后，對其進行分析和處理，根據(jù)處理得出的結(jié)果對結(jié)構(gòu)的性能進行評估。

2.2 力學(xué)模型

本設(shè)計中我們采用的分析軟件是MIDAS Building，該軟件能夠提供適合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)動力彈塑性分析的混凝土彈塑性損傷模型以及鋼筋單元。計算過程中，為了節(jié)約時間和空間，減少計算量，本分析中的一維構(gòu)件均采用塑性鉸模型，而對于剪力墻均采用纖維模型。

對于剪力墻構(gòu)件，我們需要事先定義網(wǎng)格尺寸，然后軟件會根據(jù)定義好的尺寸將剪力墻構(gòu)件分成許多個墻元，再根據(jù)定義好的橫豎向纖維數(shù)量定義每個墻元的纖維單元。

本次分析中，采用的纖維模型為日本混凝土規(guī)范的滯回模型，鋼筋采用的是雙折線滯回模型，梁所采用的模型是MM 塑性鉸模型，柱所采用的模型是PM 相關(guān)的塑性鉸模型，梁柱鉸特性值均采用修正的武田三折線模型。

2.3 計算條件

在程序中，將彈塑性時程分析時的初始狀態(tài)設(shè)置為“使用初始荷載：1×DL＋0.5×LL”。總共選取三組地震波，其中兩組為天然波，一組為人工波，將這三組地震波分別輸入結(jié)構(gòu)中，進行分析。同時，為了驗證程序分析的準(zhǔn)確性以及確保數(shù)據(jù)分析的有效性，進行了一組彈性計算，與程序分析出來的結(jié)果進行比較。

2.4 計算結(jié)果及評價

設(shè)置好初始條件后，采用Building程序?qū)δ吵邔由套堑慕Y(jié)構(gòu)進行了地震下的彈性分析，得到計算結(jié)果如表1所示，將該數(shù)據(jù)與現(xiàn)行規(guī)范進行對比，得出該結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足抗震要求。

表1 整體計算結(jié)果表

發(fā)生大地震時，該樓層的結(jié)構(gòu)X方向的最大位移為525mm，最大層間位移角為1/356，小于1/100，滿足要求；層間位移角曲線在19層和44層發(fā)生了突變，但是這些突變小于規(guī)定值，滿足要求。

3 結(jié)論

樓層結(jié)構(gòu)的抗震性能越來越受到人們的關(guān)注，對于超高樓層來說，其抗震性能更是重要。對樓層進行動力彈塑性分析能夠幫助設(shè)計人員找到結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷，合理評估結(jié)構(gòu)的抗震性能，以便修正設(shè)計，增加結(jié)構(gòu)的安全性能，使結(jié)構(gòu)安全合理。

[1]龔治國，呂西林，姬守中.不同邊緣構(gòu)件約束的剪力墻抗震性能[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2007（02）.

[2]史慶軒，門進杰，王偉，侯煒.基于纖維模型的鋼筋混凝土核心筒彈塑性分析[J].工程抗震與加固改造，2009（06）.