超高層框架-核心筒結構設計分析

賀振坤

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 重慶市渝中區 400000）

超高層框架-核心筒結構設計分析

賀振坤

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 重慶市渝中區 400000）

本文主要探討B級高度框架-核心筒結構的整體分析、彈性時程分析、動力彈塑性時程析，總結了超限框架-核心筒結構的計算方法。

1 工程概況

本項目D1#樓位于重慶市江北區，為框架-核心筒結構，設防烈度為Ⅵ度，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，結構高度為196.3m，超過《高規》中規定的Ⅵ度區A級高度限值150m的規定。本項目于2014年10月已通過重慶市超限高層建筑工程抗震設防專項審查。

2 結構設計

項目只有一個塔樓，附帶商業裙房、地下車庫及配用套房，嵌固層設置在負一層頂板，嵌固層以下有三層，均為地下車庫，嵌固層上部有吊2、吊1層、1～45層。塔樓34層～42層框架柱均為斜柱，傾斜角度為6°。結構總體關系如圖1所示。

圖1 結構體系示意圖

2.1 結構彈性分析

本工程采用 SATWE（2010年版）、MIDAS-Building（2014版）進行彈性對比分析，分析時均采用振型分解反應譜法計算地震作用，并考慮了偶然偏心及雙向地震作用：采用CQC法進行振型組合。

表1 彈性分析主要結果

由表1可知：結構扭轉周期與平動周期之比為0.65（Satwe）和0.67（Building），均滿足規范關于周期比0.85的規定；在地震和風荷載作用下，最大層間位移角小于規范1/661的限值；X向最大位移比為1.33，Y向最大位移比為1.30，滿足規范要求。結構兩個主方向剛重比均大于1.4，能夠通過高規5.4.4條的整體穩定驗算的要求，但應考慮二階效應。

2.2 彈性時程分析

根據JGJ3-2010第4.3.5條要求，總共選用3條波，其中1條人工波，2條天然波，滿足實際地震記錄數量不小于總數2/3的要求。1條人工波選自安評報告，2條天然波選自地震波庫。地震波平均譜與規范譜相比，在前三個主要周期點上相差最大值為3%，滿足規范不大于20%的要求，對比情況如圖2所示。

圖2 規范譜與地震波平均譜對比圖

由表2可以看出，每條時程曲線計算的底部剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%，多條時程曲線計算的結構底部剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的80%。對比結果表明所選地震波滿足現行相關規范的要求。同時也滿足條文說明規定的每條地震波輸入計算不大于反應譜分析結果的135%，平均值不大于反應譜分析結果的120%。

表2 地震波基底剪力與反應譜對比表

2.3 動力彈塑性時程分析

彈塑性計算采用中國建筑科學研究院編制的EPDA軟件進行計算。對于EPDA，鋼筋和鋼材采用理想彈塑性雙線性應力應變關系。對于混凝土單軸采用雙線性模型，梁、柱均采用纖維束模型。剪力墻采用彈塑性剪力墻單元模型，本構關系采用二維本構，混凝土由殼單元模擬，剪力墻分布筋采用薄膜等效，剪力墻暗柱鋼筋采用纖維束模型，軟件非線性方程采用弧長增量法（如表 3～4）。

本結構在預估的罕遇地震作用下，最大彈塑性層間位移角X向為1/407，Y向為1/371，均能滿足規范限值要求（如圖3）。

1-1、2 -2剖框架梁均進入塑性，除最上面兩層框架柱出現塑性鉸外，其余框架柱均未出現塑性鉸；3-3剖面連梁均進入塑性，剪力墻均未出現塑性鉸，但頂層也出現了水平裂縫，說明該層出現了明顯的鞭梢效應；4-4剖框架梁均進入塑性，除最上面兩層框架柱出現塑性鉸外，其余框架柱均未出現塑性鉸；5-5剖面連梁均進入塑性，剪力墻均未出現塑性鉸。

表3 EPDA彈塑性計算的參數

表4 大震彈塑性層間位移角計算結果

圖3 塑性鉸發展過程圖

3 總結

對于B級高度的框架-核心筒結構，應按照規范要求采用至少兩種不同力學模型的結構分析軟件進行整體計算，同時還應采用彈性時程分析法進行補充驗算，對于高度在150～200m的建筑，宜采用動力彈塑性時程分析方法校核層間彈塑性位移角是否滿足規范要求。

TU973.1

A

1673-0038（2015）45-0112-02

收稿日期：2015-10-19

賀振坤（1983-），男，工程師，碩士，主要從事建筑結構設計工作。