某框支剪力墻超限高層大震彈塑性分析

孫 方

四川海辰工程設計研究有限公司 四川 綿陽 621000

一、工程概況：

?

本工程效果圖如下：

結構基本參數

二、結構性能目標

本工程結構高度為116.55米，屬于大于7度區A級高度100米限值，小于B級最大適用高度120米限值，依據JGJ3-2010第3.11.1條及條文解釋，本工程結構抗震性能目標定為D級，關鍵構件的性能目標提高至C級，同時將關鍵構件中的框支框架性能水準提高為中震彈性、大震不屈服，將關鍵構件中的底部加強區的剪力墻性能水準提高為中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服；大震不屈服。具體如下：

表2 -1 各構件抗震性能目標

三、結構動力彈塑性分析目的

1、通過層間位移角的分布及最大值判定該結構在大震作用下是否滿足不倒塌的抗震設計目標。

2、通過結構頂點而位移時程曲線判斷結構整體剛度的退化程度并推測結構的塑性損傷程度。

3、了解結構塑性鉸的形成規律和構件損傷特性，復核構件的性能水準是否滿足預定的性能目標要求。

4、發現結構薄弱部位或構件，并針對分析結果中揭示的設計問題提出適當的改進或加強建議。

四、動力彈塑性時程分析的技術條件

本工程采用SAUSAGE（2018版）進行罕遇地震動力彈塑性時程分析復核，具體技術條件見軟件說明書。

五、地震波選取

采用SAUSAGE自帶的地震波庫，參考小震選波的原則即和振型分解法所采用的反應譜“在統計意義上相符”選取了兩組天然波，一組人工波，具體如下：

表5 -1：分析工況信息分析工況信息表

地震波曲線如下：

六、位移結果

1、層間位移角及頂點位移

每組地震波作用下結構的頂部位移及層間位移角見表10-3，結構的位移曲線見圖11-8。

表6 -1 地震動作用下彈塑性大震位移、層間位移角表格

由上表知：結構在X方向的層間位移角最大值為1/195，出現在19層；結構在Y方向的層間位移角最大值為1/214，出現在27層。結構在X、Y兩個方向層間位移角均滿足抗震性能目標1/120的限值要求。

不同波組對應的位移曲線

七、剪力結果

1、基底剪力

每組地震波作用下結構的基底剪力最大值見下表：

表7 -1 每組地震波的最大基地剪力與相應的剪重比

※大震基底剪力，約為小震反應譜剪力5.60～6.46倍，可說明大震作用下結構塑性發展不大，也可證明大震下的地震波選擇是合理的，能夠反映相應等級地震的作用[1]。

八、結構最終結構鉸分布圖

1、框架梁塑性鉸

在教學方法中，以案例教學為主線，綜合運用了傳統的講解式、新穎的PBL教學法、啟發式教學等。在教學氛圍中以鼓勵和引導為主，讓實習生在輕松、愉悅的環境中學習和成長。

※由上述圖知：結構塑性發展為剪力墻連梁首先開裂，梁鉸明顯。

2、框架柱塑性鉸

※由上述圖知：框架柱基本為輕微破壞。

3、剪力墻性能水平

※由上圖知：作為耗能構件的連梁損傷嚴重，符合性能目標D的要求；關鍵構件中除個別（面積占比小于5%）墻體為中等～重度破壞外，其余關鍵構件為輕微～輕度破壞，滿足預定的性能目標，高于性能目標D的要求。

九、罕遇地震作用下彈塑性時程分析結論

1、主體結構在各組地震波作用下的X向最大彈塑性層間位移角為1/195，Y向最大彈塑性層間位移角為1/214，且無突變，滿足“大震不倒”的設防要求；

2、整體結構在罕遇地震時程作用下，其彈塑性發展歷程為：在罕遇地震下結構連梁最先出現塑性鉸，隨著地震波加速度的增大，較多的連梁發生塑性變形并逐步累積耗能；極少量結構框架梁、柱開裂至進入屈服狀態；地震輸入結束時絕大部分剪力墻未進入屈服狀態，只有少數剪力墻中度破壞。

4、設計采用型鋼混凝土柱、部分受力較大的及支承框支次梁的框支梁采用型鋼混凝土梁、部分剪壓比較大的墻采用鋼板混凝土剪力墻等加強措施能有效保證結構構件性能水準、整體結構的性能目標。

綜上，通過對結構的大震動力彈塑性時程分析，本結構在罕遇地震作用下的彈塑性反應及破壞機制合理，符合結構抗震工程的概念設計要求，能達到預期的抗震性能目標。

十、結合罕遇地震作用下彈塑性時程分析結果需采取的結構措施

1、本結構連梁破壞嚴重，施工圖設計時將采取相關加強措施，確保其破壞后承擔豎向荷載的能力，并將部分連梁改為型鋼混凝土連梁，按大震不屈服設計。

2、將關鍵構件中個別性能水準為中等破壞的剪力墻采用鋼板剪力墻加強，確保其達到大震下性能水準4的要求。