波紋鋼板剪力墻在高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用

趙春亮 文花平

1.工程概況

項(xiàng)目位于杭州市濱江區(qū)濱盛路與康順路交叉口處。地塊總用地面積10187m2，地上總建筑面積為35648.29m2。1#樓建筑高度78.46m，層數(shù)為18 層（4層裙房），2#樓建筑高度73.65m，層數(shù)為17 層（3 層裙房），主樓的功能為酒店客房，裙房的功能為酒店配套及商業(yè)。兩塔樓共用一地下室，嵌固端均設(shè)在地下室頂板。

該工程：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級：二級；建筑抗震設(shè)防類別：丙類；抗震設(shè)防烈度：6 度；基本地震加速度值：0.05g；設(shè)計(jì)地震分組：第一組；場地類別：Ⅱ類；基本風(fēng)壓：0.45 KN/m2；采用軟件：YJK2.0.1、MIDAS Building；鋼框架梁抗震等級：四級；剪力墻、框架柱抗震等級：三級；考慮偶然偏心：5%；周期折減系數(shù)：0.9；結(jié)構(gòu)的阻尼比：0.035；特征周期：0.45s；地震影響系數(shù)最大值：0.04。

本工程采用結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件MIDAS Building 和YJK（2.0.1 版）進(jìn)行了分析計(jì)算，并采用YJK 進(jìn)行了彈性時(shí)程分析。整體計(jì)算時(shí)，嵌固端取在±0.000 計(jì)算[1]。

計(jì)算簡圖見圖1、圖2。

2.主要構(gòu)件規(guī)格及材料強(qiáng)度

波形鋼板組合剪力墻，墻厚150mm，C50 混凝土，鋼板厚4mm+4mm，Q345B?？蚣苤壕匦武摴芑炷林?，C50 混凝土，Q345B。鋼框梁：焊接H 型鋼，Q345B。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

3.結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析

圖2 抗側(cè)力構(gòu)件布置簡圖

3.1 計(jì)算基本假定

該波形鋼板組合剪力墻根據(jù)抗彎剛度等效成平鋼板組合剪力墻。計(jì)算整體性能指標(biāo)采用剛性樓板，計(jì)算內(nèi)力采用非剛性樓板；墻用殼單元模擬。

3.2 彈性計(jì)算分析

本工程波譜與規(guī)范譜的頻譜特性對比結(jié)果見圖3。

3.3 彈性分析結(jié)果匯總

X 向最大位移比為1.09，Y 向1.18，均小于1.5，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)規(guī)范JGJ99-2015 第6.1.7 條，框架剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性應(yīng)符合下式：

圖3 波譜與規(guī)范譜的頻譜特性對比

本工程X 向剛重比1.80，Y 向剛重比1.89，滿足規(guī)范要求。

按GB50011-2010 第5.2.5 條，在6度（0.05g）地震烈度區(qū)，對于基本周期小于3.5s 的結(jié)構(gòu)，計(jì)算多遇水平地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力系數(shù)不應(yīng)小于0.8%。本結(jié)構(gòu)的X向最小樓層剪力系數(shù)為0.787%＜0.80%，程序自動(dòng)乘以1.015 系數(shù)進(jìn)行調(diào)整；Y 向最小樓層剪力系數(shù)為0.832%＞0.80%，滿足規(guī)范要求。

本工程結(jié)構(gòu)底層框架承受的地震傾覆力矩X 向?yàn)?8.6%，Y 向?yàn)?1.2%；依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010的8.1.3條及條文說明，20%＜框架承受的地震傾覆力矩＜80%，按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.4 動(dòng)力彈塑性計(jì)算分析

采用有限元軟件YJK2.0.1 進(jìn)行彈塑性分析。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

罕遇地震地面加速度峰值：125gal；

罕遇地震場地特征周期：Tg=0.50s；

罕遇地震結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05；

梁、柱桿件采用纖維梁單元，剪力墻采用殼單元。鋼材采用雙折線隨動(dòng)強(qiáng)化模型；混凝土為單軸本構(gòu)模型，可以考慮：混凝土開裂后強(qiáng)度降低，剛度退化，混凝土開裂反向加載至閉合后，重新具備受壓能力與剛度。

根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對于基底剪力以及波譜特性的要求，軟件自動(dòng)選取兩條天然波和一條人工波。三條地震波彈塑性時(shí)程分析所得基底剪力包絡(luò)值與小震CQC 反應(yīng)譜結(jié)果的比值X 向，13684.5/2080.18=6.58，Y 向?yàn)?943.30/2198.32=4.52，與經(jīng)驗(yàn)值比較符合。

X 向最大彈塑性層間位移角為1/210（n=9，Tottori_Japan_NO_6276,TG(0.46)波），Y 向最大彈塑性層間位移角為1/262（n=18，ArtWave-RH4TG045,Tg(0.45)波），均小于1/80，滿足《鋼板剪力墻技術(shù)規(guī)程》的彈塑性層間位移角限值要求。

剪力墻、框架柱根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范》基于位移角進(jìn)行構(gòu)件損傷評估，基于位移角的損壞等級判別標(biāo)準(zhǔn)如圖4。

4.結(jié)語

圖4 位移損壞等級判別標(biāo)準(zhǔn)

剪力墻及連梁作為第一道抗震防線，框架作為第二道抗震防線，滿足抗震二道設(shè)防要求。采用YJK 及MIDAS Building 兩種軟件對結(jié)構(gòu)在多遇地震作用、風(fēng)荷載作用下分別進(jìn)行靜力分析，上述兩個(gè)軟件同屬空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，滿足規(guī)范對計(jì)算軟件的要求。從計(jì)算結(jié)果可見，主要計(jì)算控制參數(shù)均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011－5010 和《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3－2010 的要求。任一層框架剪力按結(jié)構(gòu)底部總剪力的25%與1.8 倍最大框架樓層地震剪力兩者的較小值進(jìn)行調(diào)整計(jì)算。采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，計(jì)算結(jié)果取時(shí)程法與振型分解反應(yīng)譜法的較大值。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震動(dòng)力彈塑性分析：部分連梁及框架梁出現(xiàn)塑性鉸，豎向構(gòu)件基本無損傷，滿足大震不倒的目標(biāo)。