某超高层商住楼的抗震性能研究

冯河清

（广东顺建规划设计研究院有限公司，广东 佛山 528000）

近年来频繁出现的地震灾害使得楼房的安全性能成为人们普遍关注的问题之一，对于高层商住楼来说更是如此，楼房的抗震性能直接关系到居民的安全问题。因此，对楼层进行动力弹塑性时程分析，研究楼层的抗震性能具有重要意义。

1 结构特点

本研究中所研究的楼层高达50层，楼层中有住房也有商用房，结构高度为237m，其结构形式为钢筋混凝土柱框筒，其平面尺寸达65m×44m。由于该商住楼的高度超过了150m，也就是最大的抗震高度，该楼层的抗震性能就无法保证。因此，我们必须分析该楼层的性能，确保楼层的抗震能力，本文采取动力弹塑性时程分析方法评价该楼层的抗震性能。

2 动力弹塑性时程分析

当前，最可靠、最精确的结构弹塑性分析方法就是时程分析法，因为这种方法不仅能够定性分析建筑结构，还能得出地震发生时，楼层结构的真实反应。弹塑性时程分析方法的原理就是将楼层的结构当成一个振动体系，然后将实际地震时采集到的或人为编制的地震波数据输入到弹塑性振动体系中，进行逐步积分计算，得出在输入地震波后，在地面随着时间加速的过程中，结构内力与变形随时间的变化情况，以此来评价楼房的抗震性能。

对楼层进行弹塑性动力时程分析的优点：

在分析的过程中，输入弹塑性振动体系的是地震波的数据，因此，在输入地震波后，结构随之发生变化，这种变化就是地震发生后，结构随时间的变化情况，具体的变化有内力、形变和损伤状态等；许多弹塑性动力时程分析程序能够定义材料的本构关系，可以模拟任何结构，分析结构的弹塑性能；对于带剪力墙的结构，采用弹塑性动力时程分析得出的结果更准确、可靠。

2.1 弹塑性动力分析的基本方法

实际分析时，楼层结构的弹塑性分析有以下一个步骤：2.1.1 建立模型

获取结构的数据以及结构的特征，根据这些资料对楼层的结构特点进行分析，根据分析的结果建立合适的几何模型；2.1.2 定义材料的本构关系

建立好几何模型后，对材料的本构关系进行定义，确定结构中相关参数的类型和值；

2.1.3 把地震波数据输入地震波数据几何模型中

初始条件设置好后，将事先准备好的地震波数据输入几何模型中，软件开始对结构的性能进行计算；

2.1.4 评估

得出计算结果后，对其进行分析和处理，根据处理得出的结果对结构的性能进行评估。

2.2 力学模型

本设计中我们采用的分析软件是MIDAS Building，该软件能够提供适合钢筋混凝土结构动力弹塑性分析的混凝土弹塑性损伤模型以及钢筋单元。计算过程中，为了节约时间和空间，减少计算量，本分析中的一维构件均采用塑性铰模型，而对于剪力墙均采用纤维模型。

对于剪力墙构件，我们需要事先定义网格尺寸，然后软件会根据定义好的尺寸将剪力墙构件分成许多个墙元，再根据定义好的横竖向纤维数量定义每个墙元的纤维单元。

本次分析中，采用的纤维模型为日本混凝土规范的滞回模型，钢筋采用的是双折线滞回模型，梁所采用的模型是MM 塑性铰模型，柱所采用的模型是PM 相关的塑性铰模型，梁柱铰特性值均采用修正的武田三折线模型。

2.3 计算条件

在程序中，将弹塑性时程分析时的初始状态设置为“使用初始荷载：1×DL＋0.5×LL”。总共选取三组地震波，其中两组为天然波，一组为人工波，将这三组地震波分别输入结构中，进行分析。同时，为了验证程序分析的准确性以及确保数据分析的有效性，进行了一组弹性计算，与程序分析出来的结果进行比较。

2.4 计算结果及评价

设置好初始条件后，采用Building程序对某超高层商住楼的结构进行了地震下的弹性分析，得到计算结果如表1所示，将该数据与现行规范进行对比，得出该结构的抗震性能满足抗震要求。

表1 整体计算结果表

发生大地震时，该楼层的结构X方向的最大位移为525mm，最大层间位移角为1/356，小于1/100，满足要求；层间位移角曲线在19层和44层发生了突变，但是这些突变小于规定值，满足要求。

3 结论

楼层结构的抗震性能越来越受到人们的关注，对于超高楼层来说，其抗震性能更是重要。对楼层进行动力弹塑性分析能够帮助设计人员找到结构设计的缺陷，合理评估结构的抗震性能，以便修正设计，增加结构的安全性能，使结构安全合理。

[1]龚治国，吕西林，姬守中.不同边缘构件约束的剪力墙抗震性能[J].武汉大学学报（工学版），2007（02）.

[2]史庆轩，门进杰，王伟，侯炜.基于纤维模型的钢筋混凝土核心筒弹塑性分析[J].工程抗震与加固改造，2009（06）.