呂梁市中級(jí)人民法院辦公樓超限分析

張 波

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

呂梁市中級(jí)人民法院辦公樓超限分析

張 波

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

以某高層建筑結(jié)構(gòu)為例，根據(jù)抗震設(shè)防性能目標(biāo)，研究了建筑物在地震作用下的結(jié)構(gòu)性能，并對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析，提出了具體的抗震加強(qiáng)措施，指出該建筑物的超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全可行的。

高層建筑，地震，計(jì)算參數(shù)，結(jié)構(gòu)性能

1 工程概況

本工程為呂梁市中級(jí)人民法院審判法庭，位于呂梁市離石區(qū)新城行政區(qū)域中部，西側(cè)為新安大道、南側(cè)為緯十九路、東側(cè)為經(jīng)四路。本工程主樓(A座)地下1層，地上9層，結(jié)構(gòu)總高度43.00 m，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)；裙樓(B座)局部地下1層，地上3層，結(jié)構(gòu)總高度17.80 m，采用框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)均采用人工挖孔擴(kuò)底灌注樁，墻下和柱下布樁。本建筑位于6度區(qū)(0.05g)，丙類(lèi)抗震設(shè)防，地震分組為第三組，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地土。設(shè)計(jì)參數(shù)：周期折減系數(shù)0.85，振型數(shù)為30個(gè)，連梁剛度折減系數(shù)為0.6，在基礎(chǔ)頂嵌固?？拐鸬燃?jí)：剪力墻，三級(jí)；框架，四級(jí)。本工程地面以上為9層的鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，高43.50 m，在端部房間和樓梯間設(shè)置剪力墻，框架柱截面下部一般為800×800和1 000×1 000，上部為700×700和600×600。樓蓋體系:采用現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土樓蓋，-0.050標(biāo)高板厚160 mm，屋頂板厚120 mm，標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚度一般為100 mm；2層、3層和9層開(kāi)大洞口處周邊一跨內(nèi)板厚150 mm，洞口頂部的4層和屋頂板厚120 mm。樓面主梁截面一般為300×800和300×750，連梁截面一般為墻厚×700，次梁一般為200×700。由于本工程主樓2層、3層和9層樓板開(kāi)洞后，板的有效寬度只有3 m，根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》(建設(shè)部令第111號(hào))，本工程屬于超限高層建筑。

2 抗震設(shè)防性能目標(biāo)

本工程對(duì)整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)。根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第3.11節(jié)，本工程結(jié)構(gòu)預(yù)期的抗震性能目標(biāo)要求達(dá)到C級(jí)，關(guān)鍵構(gòu)件達(dá)到中震彈性。關(guān)鍵構(gòu)件為底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻(地面上3層)和洞口周邊及洞口內(nèi)(⑩軸～軸)的框架柱、框架梁。

表1 計(jì)算參數(shù)表(一)

3 小震階段計(jì)算及分析

1)計(jì)算參數(shù)(見(jiàn)表1)。

2)主要計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)表2)。

表2 計(jì)算結(jié)果表

4 小震階段彈性時(shí)程分析及結(jié)果

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程4.3.4條規(guī)定，本工程采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行小震階段的補(bǔ)充驗(yàn)算。

按JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程4.3.5條規(guī)定，驗(yàn)算時(shí)按建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地震分組選取5組實(shí)際地震記錄和2組人工模擬的加速度時(shí)程曲線(xiàn)，并依據(jù)規(guī)范表4.3.5的要求將各時(shí)程的有效峰值加速度調(diào)整為18gal，其余各時(shí)間點(diǎn)的加速度按等比例進(jìn)行放大或縮小。

CQC法與彈性時(shí)程分析計(jì)算所得的首層剪力值如表3所示。

表3 CQC法與彈性時(shí)程分析計(jì)算所得的首層剪力值表

主要計(jì)算結(jié)果分析：

1)本工程小震彈性時(shí)程分析共采用了5組實(shí)際記錄的天然波和2組人工波，其特征周期為0.45 s，地震波頻譜特性符合建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地震分組的要求。

2)將各地震波的有效峰值加速度按規(guī)程要求調(diào)整到18gal之后，多組時(shí)程的平均地震影響系數(shù)曲線(xiàn)在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要平動(dòng)振型的周期點(diǎn)上的α值相差小于20%，即兩者在統(tǒng)計(jì)意義上一致。

3)輸入地震波的持續(xù)時(shí)間達(dá)到30 s，滿(mǎn)足要求。

4)小震彈性時(shí)程分析時(shí)每組地震波計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)首層地震剪力均大于CQC法的65%，7組地震波計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)首層地震剪力平均值大于CQC法的80%，分析結(jié)果符合JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程4.3.5條的要求。

5)計(jì)算結(jié)果顯示，小震彈性時(shí)程分析所得的地震效應(yīng)平均值曲線(xiàn)與CQC法所得的曲線(xiàn)形狀相似，趨勢(shì)一致。

計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)多遇水平地震作用效應(yīng)均由CQC法的計(jì)算結(jié)果控制。

5 中震階段分析

在中震下，本工程對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件提出了性能水準(zhǔn)3的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件要求滿(mǎn)足中震彈性的目標(biāo)。具體計(jì)算參數(shù)如表4所示。

表4 計(jì)算參數(shù)表(二)

限于篇幅，下面以首層為例分析。在按等效彈性計(jì)算的中震作用下，X向首層全部剪力墻的剪力為9 079.79 kN，X向首層墻體總面積為13.615 m2，則平均剪應(yīng)力為0.67 MPa；Y向首層全部剪力墻的剪力為11 506.05 kN，Y向首層墻體總面積為17.06 m2，則平均剪應(yīng)力為0.68 MPa。而C35的混凝土的fck=23.5 MPa，即首層的剪力墻剪應(yīng)力水平約為0.029fck<0.15fck，滿(mǎn)足受剪承載力不屈服驗(yàn)算的前提條件，即截面尺寸要求。非底部加強(qiáng)區(qū)的普通剪力墻、一般框架柱、框架梁在中震下其剪壓比均可滿(mǎn)足小于0.15的要求，即受剪截面滿(mǎn)足構(gòu)件受剪截面限制條件。另通過(guò)SATWE中震彈性計(jì)算，針對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示滿(mǎn)足抗剪要求。框架柱通過(guò)SATWE進(jìn)行中震計(jì)算，對(duì)洞口周邊的柱及穿層柱達(dá)到中震彈性。普通框架柱中震彈性計(jì)算滿(mǎn)足抗剪要求，中震不屈服計(jì)算以配筋是否超筋為是否屈服的基本原則，計(jì)算結(jié)果表明框架柱無(wú)超筋，中震作用下構(gòu)件無(wú)屈服?？蚣芰和ㄟ^(guò)SATWE進(jìn)行中震不屈服計(jì)算(水平地震影響系數(shù)取0.12)，以配筋是否超筋為是否屈服的基本原則，計(jì)算結(jié)果表明框架主梁無(wú)超筋，中震作用下構(gòu)件無(wú)屈服。洞口周邊及洞口內(nèi)(⑩軸～軸)的框架梁進(jìn)行中震彈性計(jì)算，并按照中震彈性的計(jì)算結(jié)果配置鋼筋。為滿(mǎn)足中震階段樓板傳遞水平力的要求，對(duì)3層(16.150 m)，4層(20.350 m)和10層(屋頂、41.400 m)的樓板進(jìn)行了中震階段的彈性分析。結(jié)果顯示除局部與剪力墻相連處樓板應(yīng)力集中外，樓板應(yīng)力均在1.0 MPa以?xún)?nèi)，而C30混凝土的ft=1.43 MPa，可見(jiàn)樓板可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)在中震下傳遞水平力的要求，能達(dá)到所要求的性能目標(biāo)。

6 大震階段分析

6.1 靜力彈塑性推覆分析

采用Midas Gen程序?qū)ㄖ镌诤庇龅卣鹱饔孟逻M(jìn)行靜力彈塑性推覆分析。水平推覆力分布采用模態(tài)分布，通過(guò)Pushover法建立結(jié)構(gòu)的能力譜，找出結(jié)構(gòu)性能點(diǎn)。

6.2 Pushover分析結(jié)果

大震下靜力彈塑性分析所得的性能點(diǎn)處相關(guān)指標(biāo)如表5所示(限于篇幅未列出各種性能曲線(xiàn)圖形及出鉸圖)。

表5 大震下靜力彈塑性分析所得的性能點(diǎn)處相關(guān)指標(biāo)

6.3 主要計(jì)算結(jié)果分析

1)在罕遇地震作用下，X，Y向性能點(diǎn)處彈塑性層間位移角最大值均小于1/100,滿(mǎn)足《高規(guī)》第3.7.5條的規(guī)定。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程屬A級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)，采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)存在一項(xiàng)超限：樓板不連續(xù)。經(jīng)過(guò)以上分析，通過(guò)采取如下抗震加強(qiáng)措施，結(jié)構(gòu)可達(dá)到預(yù)期的抗震目標(biāo)：

1)加厚樓板開(kāi)洞部位頂部及洞口周邊的板，加大其配筋并雙層雙向通長(zhǎng)布置。

3)加強(qiáng)大震驗(yàn)算出現(xiàn)塑性鉸的底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻及個(gè)別框架柱配筋設(shè)計(jì)。

綜上所述，本工程的超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全可行的。

[1] 建設(shè)部令第111號(hào)，超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定[S].

[2] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

The transfinite analysis on Luliang intermediate people’s court office building

Zhang Bo

(ShanxiArchitecturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

Taking a high-rise building structure as an example,according to the seismic fortification performance objectives,this paper researched the structure performance of building under earthquake action,and analyzed its calculation results,put forward specific seismic strengthen measures,pointed out that the building transfinite structure design was safe and feasible.

high-rise building,earthquake,calculation parameter,structure performance

2015-10-13

張 波(1979- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)36-0030-03

TU311 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A