某框架—核心筒超高層結構動力特性與結構分析

阿布都熱依木江·庫爾班 晉 強 朱 琳 孟遠遠

(新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

?

某框架—核心筒超高層結構動力特性與結構分析

阿布都熱依木江·庫爾班 晉 強 朱 琳 孟遠遠

(新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

利用SATWE與ETABS有限元軟件，計算了某超高層結構的動力特性與動力反應，并對不同有限元軟件計算出的結果進行了對比，指出兩種有限元軟件計算結果比較吻合，并且在彈性階段，對于地震作用下用國內主要結構設計軟件SATWE進行計算更加安全。

超高層建筑，有限元軟件，動力特性，動力反應

1 工程概況

本工程結構高度為204 m，其主樓地下2層，地上47層。本工程設計基準期為50年，安全等級為一級，抗震設防烈度為6度，抗震設防類別為乙類，場地特征周期為0.45 s，場地類別為Ⅲ類，設計地震分組為一組?？蚣芎图袅拐鸬燃墳橐患?。

2 結構體系與布置

2.1 結構體系介紹

本工程裙房平面尺寸為96.45 m×42.0 m,塔樓平面尺寸為46.05 m×42.0 m，結構高度為204 m，其一層結構平面見圖1。墻和柱混凝土等級為C60～C30，梁和樓板為C40～C30。塔樓采用SRC(型鋼混凝土)框架和SRC筒體結構，現澆鋼筋混凝土樓板。側向力由核心筒來承受，外圍框架承擔次要抗側力，以形成雙重抗側力體系，保證結構在大震下的安全。由于結構高度204 m，筒體主要材料為鋼筋混凝土，但在筒體的四個角部和中間位置埋設了型鋼柱，以提高筒體的延性，筒體厚度從底層800 mm逐層往上遞減為300 mm。樓板采用鋼筋混凝土樓板，厚度為120 mm，結構標準層層高為4.2 m。

2.2 本結構超限分析

根據《高規》[4]第3.3.1條規定，該結構屬于B級高度，平面尺寸為46.05 m×42.0 m，高寬比為小于7和長寬比小于6都滿足規范要求，因此本結構屬于高度上超限。

3 結構彈性計算分析

多遇地震彈性計算采用了SATWE軟件和ETABS軟件并給出了兩種不同軟件的計算結果。

3.1 動力特性對比

該結構第一次計算模態分析時振型數取為15，計算出來的振型參與系數之和為結構總質量的82%，不滿足振型分解反應譜的要求，通過不斷試算最后振型數取為24。計算出來的振型參與系數之和為結構總質量的94%，滿足規范的要求。

1)周期對比見表1。

表1 SATWE與ETABS周期對比

2)結構振型參與系數對比見表2。

表2 ETABS與SATWE振型參與質量系數對比 %

由表1發現，兩種不同有限元軟件計算出來的結構周期基本上吻合，分別為第一周期(基本周期)相差比為0.18%，第二周期為7.80%，第三周期都在3.01%以內，其他高階振型周期比都小于10%。

由表2周期對比發現，X方向振型參與系數之和對比相差為0.68%，Y方向計算振型參與系數之和對比相差為0.13%，兩個方向振型參與系數之和基本吻合。

3.2 結構各層內力對比

前面對結構進行模態分析并計算出了結構前24個振型與對應的周期。對結構進行振型分解反應譜法來計算結構X，Y方向的地震作用，并將SATWE與ETABS計算結果進行對比。

1)樓層底部傾覆彎矩對比見圖2，圖3。

2)各樓層剪力對比見圖4，圖5。

表3 ETABS與SATWE底部傾覆彎矩與剪力對比

由表3對比發現，SATWE與ETABS計算出來的結構總質量基本相同，相差在0.58%。樓層剪力基本上吻合，X方向相差在1.13%，Y方向相差在4.41%。而底部傾覆彎矩相差稍微偏大，X方向為11.6%，Y方向為6.01%。

由圖2～圖5對比發現，樓層剪力基本吻合。而樓層傾覆彎矩，從第41層～47層基本吻合，從結構第40層開始SATWE有限元軟件計算結果逐漸大于ETABS有限元計算的結果。由圖2～圖5和表3發現，SATWE計算出來的結果總體上比ETABS計算結果大。

3.3 結構變形對比

層間位移可以反映地震作用下結構整體變形，側向位移控制實際上對構件截面大小、結構剛度大小的一個宏觀指標。本文分別對結構進行X，Y方向的單向地震作用下的位移計算，雙向地震作用下的位移分析，并將SATWE與ETABS進行對比。

結構各樓層最大層間位移角對比見圖6～圖9及表4。

表4 樓層層間位移角對比

荷載工況類型樓層最大層間角最大層間角出現樓層號ETABSSATWESATWEETABSX方向地震作用1/11061/13143323Y方向地震作用1/11651/12083435X雙向地震作用1/10431/10323323Y雙向地震作用1/10761/10053422

1)從圖6～圖9可以看出，結構在X，Y方向地震作用下整體變形圖為“彎剪型”，并與樓層最大層間位移角基本吻合。

2)由表4可以看出，在各工況地震作用下計算出來的樓層最大層間位移角都小于規范規定1/630限值,滿足規范要求。

3)從圖6～圖9可以看出，結構的樓層最大層間位移采用SATWE軟件進行計算時，出現在第33層～34層附近，而ETABS軟件計算時出現在第22層～23層附近。因而，該工程需要在第33層和第23層附近采取加強措施。

4 結語

本文以某框架—核心筒辦公樓為工程背景，在對超高層結構進行地震作用下的動力計算并采用SATWE和ETABS有限元軟件對結構在地震作用下的結構動力特性、各層剪力、結構底部彎矩、樓層位移、樓層層間位移角進行分析，發現結構在兩種有限元軟件計算結果都能滿足規范規定的要求，而且國內主要設計軟件SATWE計算出來的結果比ETABS計算的結果要大。

[1] 陳孝堂.超高層建筑結構體系方案優選[J].建筑結構學報,2010,40(3):182-188.

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4] GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[5] 曹加良,施衛星,何文福.新抗震規范反應譜的適用性研究[J].振動與沖擊,2011,30(11):79-84.

[6] 曹加良,施衛星,汪 洋.我國抗震設計規范設計反應譜及譜阻尼折減系數研究[J].建筑結構學報,2011,32(9):34-43.

Dynamic characteristics and structural analysis of a frame-shear wall structure building

Abudureyimujiang·kuerban Jin Qiang Zhu Lin Meng Yuanyuan

(CollegeofHydrology&CivilEngineering,XinjiangUniversityofAgriculture,Urumqi830052,China)

Applying SATWE and ETABS finite element software, the paper calculates the dynamic properties and dynamic response of the super-high-rise building structure, compares results calculated with different finite element software, and finally points out that: the calculation results with two kinds of finite element software is in accordance, which is safer for major structural design software SATWE calculation under earthquake effect at the elastic phase.

super-high-rise building, finite element software, dynamic properties, dynamic response

2016-11-23

阿布都熱依木江·庫爾班(1986- )，男，碩士，助教

1009-6825(2017)04-0063-02

TU973

A