多遇地震下基于PMSAP和MIDAS計算對比對某大型綜合性公共建筑進行結構分析

2016-09-14 08:30:20高少波蔣克軍張德成

四川建筑 2016年4期

關鍵詞：筒體混凝土結構

高少波, 蔣克軍, 張德成, 盧　挺

(1. 南充市政府投資非經營性項目代建中心, 四川南充 637000;2. 中國建筑西南設計研究院有限公司, 四川成都 610000)

多遇地震下基于PMSAP和MIDAS計算對比對某大型綜合性公共建筑進行結構分析

高少波1, 蔣克軍1, 張德成1, 盧挺2

(1. 南充市政府投資非經營性項目代建中心, 四川南充 637000;2. 中國建筑西南設計研究院有限公司, 四川成都 610000)

某項目地下一層地上四層(不含夾層)，結構形式采用鋼筋混凝土筒體—鋼桁架—混凝土框架的混合結構。文章通過在多遇地震下基于PMSAP和MIDAS軟件的對比計算分析并采取加強措施等，為項目設計提供充分的依據。

混合結構；計算分析；加強措施；抗震

1　工程概況

項目位于四川省南充市，該建筑地上四層，地下一層，總面積為18 800 m2，建筑平面近似正方形，底部投影尺寸為114 m×107 m，建筑高度31.2 m，總建筑面積約4.7×104m2。

2　結構設計

2.1地基基礎設計

本工程場地及其附近無斷裂通過，巖層平緩，屬構造穩定地塊。現場地質調查表明，場地地形開闊、略有起伏；2008年5月12日汶川發生8級地震，對南充市無重大影響。根據場地工程地質條件，場地內未發現其他不良地質作用，地基土穩定，區域地質構造較穩定，適宜建筑。

基礎采用筏板、鋼筋混凝土獨立及條形混合基礎，基礎持力層為中風化砂質泥巖，基底位于基巖部位。其中筒體部分為筏板基礎，厚度為1.5 m；框架部分為柱下獨立基礎，基礎高度0.8～1.2 m，當基底埋置深度較大時，采用鉆孔灌注樁，高度為0.8～1.8 m；地下室側墻部分為鋼筋混凝土條形基礎。

2.2結構體系

本工程采用鋼筋混凝土筒體—鋼桁架—混凝土框架的混合結構體系。結構主要由四個12.5 m×13.0 m的混凝土筒體組成，筒體范圍的投影尺寸為65.7 m×65.7 m，混凝土筒體之間采用鋼桁架連接，鋼桁架高度7.5～9.1 m，凈跨約40 m，外挑15～18 m，四層中間設置局部設備夾層。塔樓高寬比0.47<限值[7.0]，平面長寬比1.00<限值[6.0](圖1)。

圖1　結構模型三維

筒體結構的墻厚從下到上統一，均為外墻厚700 mm，內墻厚300 mm；框架柱從下到上統一，截面尺寸有800 mm×800 mm、700 mm×700 mm、600 mm×600 mm三種類型；第一、二、三層樓面框架梁典型尺寸為500 mm×800 mm、500 mm×900 mm；鋼桁架上下弦桿分別為□900×400×70×70×70、□1 100×400×70×70×70；腹桿類型有□600×400×60×60×60、□800×400×50×50×50、□400×400×25×25×25三種。鋼筋混凝土樓板厚160 mm(一層)、120 mm(二、三層)，鋼結構部分采用鋼筋桁架樓承板，板厚142 mm(鋼筋桁架高度為100 mm)。

2.3結構計算及分析

2.3.1計算程序

按照JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》要求，采用PMSAP和Midas-Building兩種軟件進行了多遇地震作用下反應譜法(CQC法)分析。采用剛性樓板假設，采用PMSAP進行了彈性時程分析的補充驗算。其中PMSAP程序的計算模型采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐構件，采用在殼單元基礎上形成的墻元模擬剪力墻。

2.3.2設計主要參數及材料

根據《四川省建設工程抗御地震災害管理方法》，非抗震設防區內的重要公共建筑的設防工程按抗震設防烈度6度進行設防。故本工程建筑結構安全等級為一級，地基基礎設計等級為甲級，設計使用年限為50年，抗震設防類別為重點設防類(乙類)，抗震設防烈度小于6度(提高至6度)，基本地震加速度0.05g，設計地震分組為第一組，場地類別Ⅱ類，基本風壓值(100年)0.35 kN/m2，風荷載體型系數取為1.3，地面粗糙度B類，抗震等級分別為混凝土筒體二級，鋼桁架三級，混凝土框架三級。位移角的控制標準為1/800(多遇地震)。

主要結構材料有混凝土C30，鋼筋HPB300、HRB400，型鋼Q235、Q345B、Q390B、Q420B。

選取的地震波見圖2～圖5。

圖2　天然地震波N1

圖3　天然地震波N2

圖4　人工地震波R1

圖5　選定地震波的反應譜與規范反應譜比較

2.3.3計算結果

取基礎頂面為上部結構嵌固端，考慮偶然偏心和雙向地震扭轉效應，計算結果見表1。

2.3.4計算結果分析

(1)從表1可以看出，PMSAP和Midas-Building兩種軟件的彈性反應譜法(CQC法)分析結果基本一致，均滿足規范要求。

(2)從結構的整體性來看，本項目主要抗側力構件為四個巨型混凝土筒體，豎向抗側力構件連續，屋蓋為大跨鋼桁架屋蓋，屋蓋較為完整，可認為平面及豎向均規則，故剛度比、受剪承載力比均未列出。

(3)同時，采用彈性時程分析法進行補充驗算，由時程分析結果可知，樓層剪力、樓層位移、傾覆力矩、層間位移角等均小于CQC的值，結果分析見圖6。

(4)底層墻、柱軸壓比最大值接近于限值，施工圖設計時根據情況適當加大柱子的含鋼率和墻體厚度。

2.3.5結構超限判別

本項目結構類型為鋼筋混凝土筒體—鋼桁架—混凝土框架組成的混合結構，屬于特殊結構類型；大屋面筒體間樓面開洞寬度大于總寬度的一半，超過規范要求的有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50 %，所以平面不規則；樓層最大層間位移比個別大于層間位移平均值的1.2倍，但不大于1.4倍，因此平面扭轉不規則；本項目屬大型博覽類建筑，下部樓層的概念不明確，結構樓層關系復雜，不同于一般的規則結構，從結構的整體性來看，本項目主要抗側力構件為四個巨型混凝土筒體，豎向抗側力構件連續，屋蓋為大跨鋼桁架屋蓋，主要結構骨架可以看做為單層的巨型結構，因此可認為平面及豎向均規則。