深圳某超限高層建筑的抗震分析

杜軍，夏美夢

（深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司，廣東 深圳518054）

1 工程概況

本工程位于深圳市龍崗區布瀾路與坂雪崗大道的交匯處。本工程為Ⅱ類場地，抗震設防烈度是6 度，設計地震分組為第一組。本工程為帶局部轉換的剪力墻結構，結構高度為142.5m，地下1 層板面為嵌固端，地下2 層為甲類人防地下室，地上設46 層，其中，建筑4 層（即結構3 層頂板）設有墻體局部轉換，但抗震墻轉換率不超過10%。地基基礎設計等級為甲級，建筑樁基安全等級為二級。基礎擬采用沖孔灌注樁和天然基礎，樁長約6～25m，以微風化巖為持力層，樁徑φ1200～2800mm，底板厚度取400mm。

2 彈性時程分析

選取7 條地震波對該結構進行小震彈性時程分析，其中，2 條為場地人工波，其余5 條為天然波。從主要計算結果中可以看出，在結構的中下部，振型分解反應譜法的層間剪力均大于采用時程分析法求解得出的平均層間剪力，但在結構頂部，時程分析法求解得出的結果稍大，可能會使結構頂部產生鞭梢效應，所以，在采用振型分解反應譜法進行結構彈性分析時，宜考慮高振型給結構頂部帶來的不利影響。反應譜與時程分析結果比較見表1。

3 設防地震分析

在設防地震作用下，為了準確模擬計算，用纖維單元模型的XTRACT 程序采用平截面假定方法進行構件截面承載力計算。如圖1 為在設防地震作用下，典型截面轉換柱的承載力驗算結果，分析可得，典型截面轉換柱承載力可以滿足性能目標的要求；落地剪力墻抗彎承載力驗算如圖2 所示，落地剪力墻抗彎承載力有較大富余，滿足中震不屈服要求。

表1 反應譜與時程分析結果比較

圖1 轉換柱承載力驗算

圖2 剪力墻抗彎不屈服驗算

注：PMM 曲線為軸力和兩個方向彎矩的內力組合設計值和該位置截面承載力的比值，水平軸為彎矩比值，豎軸為軸力比值，通過將內力組合設計值和截面承載力進行對比，將截面任意方向正則化，從而將三維PMM 曲線表達在二維平面圖，圖1 和圖2 中的圓線（半徑為1.0）為承載力最大值，內力組合值在圓中表示PMM 承載力滿足中震彈性要求。

4 樓板應力分析

采用彈性反應譜方法和彈性時程分析法分別計算彈性樓板應力。樓板在X 向地震作用下拉應力均在1.43MPa 以下， 低于混凝土抗拉強度設計值。

結構存在細腰區域如圖3 所示，該區域的兩端連接著2個主體結構，在地震作用下，該細腰區域有可能會先于豎向抗側力構件發生破壞，將會直接導致其兩端連接的2個主體結構成為2個獨立的塔樓，完全改變了整體結構的動力特性，較大程度降低了整體結構的抗震性能，所以，對該薄弱區域的樓板進行應力分析非常必要【1】。

圖3 細腰定位及剛性隔板區域圖

根據應力云圖可以看出，在設防烈度地震和罕遇地震作用下，大部分樓板面內應力均滿足相關規范要求，是因為加厚了轉換部分的樓板，減少轉換部分的樓板開洞，充分發揮樓板的整體性。細腰區域內的樓板，局部產生應力集中現象，其薄弱部位的樓板拉壓應力均滿足要求；在細腰區域，雖然樓板局部開洞較大，在樓板開洞邊緣處合理設置一定的剪力墻與連梁，在薄弱部位的樓板開洞處可以極大提升結構整體性。

5 罕遇地震作用下非線性地震反應分析

5.1 材料本構模型

在MIDAS Building 中能夠有效模擬結構在罕遇地震作用下的受力性能，合理選擇材料本構關系非常重要，其中，本工程混凝土材料本構關系采用單軸受壓下應力-應變關系模型，鋼筋采用雙折線本構模型，鋼筋混凝土構件采用了修正武田三折線，鋼結構構件則采用了標準雙折線滯回模型，剪力墻單元采用理想彈塑性雙折線本構模型【2】。

5.2 計算結果

圖4、圖5 分別為罕遇地震下結構的屈服狀態，結構在罕遇地震作用下，連梁首先屈服，框架梁部分屈服；墻體損傷較小。可以看出，連梁首先屈服，框架梁部分屈服，達到了結構在大震作用下的耗能作用，轉換部分的關鍵構件均未進入屈服階段，大部分剪力墻未進入屈服階段，其損傷較小，有效地保護了整體結構的豎向構件能夠繼續承擔豎向荷載，符合“強柱弱梁”抗震概念設計的要求。在罕遇地震作用下，結構最大層間變形滿足規范要求，結構滿足“大震不倒”的要求。

圖4 框架彎矩鉸Ry 分布狀態

圖5 轉換構件鉸分布狀態

6 結語

按照對整體結構小中震設計和大震復核的基本思路分析，同時，還對結構及薄弱連接處進行了設防地震下的驗算。結果表明，帶局部轉換層、平面不規則的高層結構按照多遇地震彈性設計時能夠滿足規范，結構在罕遇地震作用下能滿足擬定的抗震性能目標。