某超限混合結(jié)構(gòu)抗震分析

杜 軍，夏美夢

（深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東 深圳 518054）

1 結(jié)構(gòu)形式及工程概述

該建筑位于深圳市龍崗區(qū)龍城工業(yè)園區(qū)東側(cè)，西側(cè)臨近龍城工業(yè)園科研中心。建筑抗震設(shè)防烈度是6度，場地類別為Ⅱ類。結(jié)構(gòu)形式主要為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，左右兩排核心筒之間跨度約30m，采用鋼梁加鋼筋桁架承壓板形式。結(jié)構(gòu)4～6層L型研發(fā)室兩端大懸挑部分，均采用雙層桁架結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比為1.58，存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、平面凹凸不規(guī)則（約40%）、豎向構(gòu)件不連續(xù)、上下支撐不連續(xù)等超限項(xiàng)。結(jié)構(gòu)存在大跨構(gòu)件和局部大懸挑等形式，考慮雙向地震和豎向地震作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，中震和大震仍按規(guī)范地震系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2 多遇地震作用分析

采用midas Gen和PMSAP程序?qū)Y(jié)構(gòu)在多遇地震作用下進(jìn)行分析，多遇地震作用按安評報(bào)告提供的地震系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)構(gòu)存在大跨構(gòu)件和局部大懸挑等形式，除考慮雙向地震作用之外，還需考慮豎向地震作用對結(jié)構(gòu)的影響。分析可得，PMSAP和midas Gen的計(jì)算結(jié)果基本一致，在風(fēng)荷載和地震作用下均滿足彈性層間位移角小于1/800的要求。

3 設(shè)防地震作用分析

為了準(zhǔn)確模擬計(jì)算，用纖維單元模型的XTRACT程序采用平截面假定方法計(jì)算構(gòu)件截面承載力。在設(shè)防地震作用下，典型截面工字型鋼混凝土柱的承載力驗(yàn)算結(jié)果如圖1所示。分析圖1可知，工字型鋼混凝土柱承載力可以滿足性能目標(biāo)的要求，落地剪力墻最小抗剪截面滿足設(shè)防地震作用下要求，承載力有較大富余，主要懸挑構(gòu)件的承載力驗(yàn)算可以滿足性能目標(biāo)的要求。

4 樓板應(yīng)力分析

該項(xiàng)目樓板不連續(xù)，局部大范圍開洞，為了確保薄弱部位的樓板在多遇地震下能夠保持彈性工作狀態(tài)，利用midas Gen對大跨度躍層斜樓板進(jìn)行了舒適度分析，如圖2所示。

大跨度躍層斜板的豎向振動(dòng)頻率為0.214，小于3Hz。根據(jù)豎向振動(dòng)模態(tài)分析結(jié)果，確定樓板振動(dòng)的不利區(qū)域A，在A區(qū)域分別輸入不同頻率的人行時(shí)程荷載，得到其最大響應(yīng)峰值加速度為-0.0215m/s2；考慮到B區(qū)域樓座所有人一起起立的工況，得到其最大加速度響應(yīng)為-0.035m/s2，均滿足規(guī)范要求。

圖1 工字型鋼混凝土柱（1000mm×1000mm）承載力驗(yàn)算

圖2 大跨度躍層斜板

5 罕遇地震作用下非線性分析

5.1 計(jì)算結(jié)構(gòu)

大震作用下的各樓層層間位移角曲線如圖3所示。分析圖3可知，結(jié)構(gòu)在各條地震波作用下X、Y方向的最大層間位移角均不大于規(guī)范要求1/100的限值。沿X方向作用下的地震波，可以得到人工波、天然波1和天然波2最大層間位移角分別為1/647、1/612和1/589；沿Y方向作用下的地震波，可以得到人工波、天然波1和天然波2最大層間位移角分別為1/556、1/540和1/622。

圖3 大震作用下的各樓層層間位移角曲線

根據(jù)分析可以得出，罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)基底剪力與彈性時(shí)程分析結(jié)果對比如表1所示。罕遇地震作用下，天然波1計(jì)算結(jié)果較大，結(jié)構(gòu)在X、Y方向地震作用下基底剪力均值分別約為多遇地震作用下的4.07倍和3.5倍。

表1 大震結(jié)果與小震比較 單位：kN

5.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能評價(jià)

框架彎矩鉸分布狀態(tài)如圖4所示，剪力墻x、z方向混凝土及鋼筋應(yīng)變?nèi)鐖D5所示。

圖4 框架彎矩鉸分布狀態(tài)

圖5 剪力墻x、z方向混凝土及鋼筋應(yīng)變

在人工地震波的作用下，根據(jù)結(jié)構(gòu)塑性鉸的發(fā)展趨勢，混凝土筒體的應(yīng)變等級(jí)基本為一級(jí)狀態(tài)，只有極少數(shù)的構(gòu)件進(jìn)入開裂狀態(tài)。剪力墻鋼筋的屈服應(yīng)變遠(yuǎn)小于剪力墻受拉鋼筋的極限拉應(yīng)變0.01的限值，結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展?jié)M足結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)從計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造等方面，采取以下措施確保工程安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。（1）在剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層，應(yīng)該設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，再上一層設(shè)過渡層，縱筋同約束邊緣構(gòu)件，箍筋介于約束邊緣構(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件之間；與桁架相鄰的剪力墻按抗震等級(jí)二級(jí)進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)。（2）懸挑構(gòu)件及相鄰主體關(guān)鍵構(gòu)件在相應(yīng)抗震等級(jí)基礎(chǔ)上提高到二級(jí)，根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)桁架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。（3）與剪力墻相接的桁架伸入剪力墻內(nèi)，并沿著剪力墻向下延伸一層，加強(qiáng)懸挑桁架與剪力墻之間的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。