某超限高層建筑結構抗震超限設計與分析

楊軼宇

摘要：隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展以及城市土地資源的日益緊張，超限高層建筑被應用的越來越加廣泛，其安全與否對于人們的生命財產(chǎn)安全有著重要的影響，因此，必須加強對超限高層建筑結構設計的重視。本文就以某超限高層建筑為例，對其工程的概況、抗震設計參數(shù)和設計目標進行闡述，并利用相應的工程分析軟件對其抗震性能進行分析，提出超限高層建筑結構超限設計注意事項。

關鍵詞：某超限高層建筑結構；抗震超限設計；抗震性能分析；注意事項

在對超限高層建筑進行結構抗震超限設計時，需要根據(jù)工程實際情況選擇合理的抗震指標，綜合考慮各部分結構應該達到的抗震性能目標與水準，利用合理的計算方法對其驗證，從而保證最終的設計效果符合抗震規(guī)范的要求。

一、某超限高層建筑工程概況

本建筑工程的主體結構高度為186.550m，在地面上的總層數(shù)設計為46層，有7層裙房，地下結構為4層，成雙塔構型。地下結構的功能設計與高度分別為：地下1層高度為5.500米，作為超市使用；地下2-3層主要作為車庫使用，高度為3.900米；地下4層是人防兼車庫，保持層高在4.500米。地上結構的層高與功能設計分別為：1層高度5.500米，2-7層高度是5.000米，1—7層共同作為購物中心；8層以上都作為辦公使用，8層與9層的層高應為4.000米，10層、22層以及34層作為避難層，其高度為4.050米，剩余樓層高度都為3.850米[1]。

二、某超限高層建筑結構抗震超限設計

（一）某超限高層建筑結構體系與抗震超限設計參數(shù)

本工程的結構體系主要包括：鋼管混凝土柱和鋼梁組成的外部框架、鋼筋混凝土核心筒構成的內(nèi)部結構。本工程設計基準期為50年；建筑結構整體的安全等級設計以二級為標準；在抗震類別上，10層（第一避難層）以下為乙類，以上為丙類；設計基本地震加速度采用0.10g，整體抗震設防烈度為7度，地震分組設計為第二組，場地類別屬于Ⅱ類，場地的特征周期設計為0.40s。

（二）抗震超限設計目標

抗震超限設計的目標需要根據(jù)結構構件的不同而進行確定，結合《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的定義，本工程的主要結構構件可以分為兩類，第一類是位于底部加強區(qū)的核心筒和越層柱，第二類是位于非底部加強區(qū)的核心筒、工程中的框架梁、連梁和外框柱以及樓板[2]。

根據(jù)抗震超限設計參數(shù)的要求，此兩類結構構件的抗震性能水準和抗震性能目標應如表1所示， 表1抗震性能水準與抗震性能目標

具體的抗震設防目標應如表2所示。

地震等級

抗震性能目標 多遇

地震 設防烈度地震 罕見地震

震后整體損壞程度 完好，無損壞 輕度損壞 中度損壞

層間位移值 1/658 1/221 1/100

震后構件性能狀況 底部加強區(qū)核心筒

保持良好彈性 抗剪彈性；受彎不屈服；

控制墻體拉應力 抗剪截面滿足規(guī)范要求

越層柱 抗剪彈性；受彎不屈服

可以進入需塑性，

但應控制塑性變形程度

非底部加強區(qū)核心筒 抗剪彈性；受彎不屈服

抗剪截面滿足規(guī)范要求

外框架柱 抗剪彈性；受彎不屈服

框架梁 允許部分構件彎曲屈服；

允許部分構件進入抗剪塑性；

抗剪截面滿足規(guī)范要求

連梁 抗剪彈性

受彎不屈服 可以進入需塑性，但應控制塑性變形程度，且不能脫落

樓板 允許開裂，但裂縫寬度與降低剛度應在一定范圍內(nèi) 允許開裂，但不能

開裂過度或脫落

表2：抗震性能要求

三、某超限高層建筑工程結構抗震超限分析

為計算本工程的抗震性能和尋找結構的薄弱位置，遵循地震設計“小震不壞、中震可修、大震不倒”的慎防原則，本文以MIDAS Building和SATWE為計算工具，對本工程的各項抗震性能要求進行了相應的分析，具體分析內(nèi)容如下：

（一）多遇地震彈性分析

在利用軟件對建筑工程進行多遇地震彈性分析時，利用殼單元來模擬墻體和樓板，框架柱和梁用桿件單元來模擬，以軟件自帶的鋼管混凝土截面來代替建筑工程中的鋼管混凝土，可以得到如圖1和圖2的層間位移角曲線[3]。

圖1：SATWE分析得到的X向層間位移角曲線

圖2：MIDAS Building分析得到的X向層間位移角曲線

由圖1和圖2分析可以得出，本工程在多遇地震的地震波作用下發(fā)生的層間位移的規(guī)律與反應譜基本一致，且都沒有超過規(guī)范要求的層間位移值，表明了本工程抗震超限設計滿足多遇地震設計的要求。

（二）罕遇地震動力彈塑性分析

利用EPDA軟件對本工程在罕遇地震情況下的動力彈塑性情況進行計算，可以得到圖3所示的數(shù)據(jù)。

圖3：罕遇地震作用下結構樓層間位移角

據(jù)圖分析可以得出：本工程在罕遇地震的作用下，于水平和垂直方向發(fā)生的最大彈塑性層間位移角出現(xiàn)在35層，其最大值為1/119左右，沒有超過抗震規(guī)范要求的1/100，能夠實現(xiàn)“大震不倒”的抗震性能設計目標。

結語：

綜上所述，超限高層建筑結構抗震超限設計是一項復雜的工程，需要考慮多種情況下結構構件的抗震性能與水準，在設計中出現(xiàn)任何遺漏或者錯誤，都會造成建筑工程結構中某一部分成為抗震的薄弱環(huán)節(jié)，進而造成安全隱患。因此，在進行超限高層建筑結構抗震超限設計時，需要請具有豐富設計經(jīng)驗和足夠專業(yè)水平的工程師進行設計，并對設計結果進行反復論證，從而保證建筑工程的安全。

參考文獻：

[1] 林辰，陳勇豪.興業(yè)·喜來登廣場酒店主樓抗震超限設計[J].浙江建筑，2014，9：17-21.

[2] 陳達鋒.某高位轉換超限高層建筑結構抗震設計[J].工程抗震與加固改造，2013，4：67-75.

[3] 譚雪峰，李磊，李秋嫻等.某超限高層剪力墻結構抗震設計[J].科技創(chuàng)新導報，2014，11：54-54.

[4] 賀志文.某超限高層建筑結構基于性能抗震設計[J].新材料新裝飾，2014，3：416-417，372.