某超限高层建筑抗震性能化分析

李建荣 高 群 孙业华

(中国瑞林工程技术有限公司，江西 南昌 330031)

某超限高层建筑抗震性能化分析

李建荣 高 群 孙业华

(中国瑞林工程技术有限公司，江西 南昌 330031)

运用不同力学程序对某超限高层建筑结构进行了整体抗震性能分析，在各项指标满足规范的同时，采用弹性时程分析和弹塑性时程分析方法研究了结构动力响应特性，评估了结构在大震下抗震安全性能，结果表明：该超限高层建筑结构能满足多道抗震防线的设计要求。

超限高层建筑，抗震性能化，弹塑性时程分析

1 工程概况

某超高层办公楼位于南昌市，共计58层，屋面高度为249.7 m，檐口高度为271.9 m(见图1)，平面尺寸为43.8 m×43.8 m，1层～4层层高分别为6 m,5.7 m,5.7 m,5.7 m。其余各层均为4.1 m。建筑在38层以上，逐步收掉建筑四角及部分侧面，仅部分框架柱伸至檐口高度。

2 主要设计参数

本超高层办公楼结构设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，抗震设防类别为重点设防类。地处抗震设防烈度6度区，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g，场地类别为Ⅱ类。地震动参数按超限审查专家小组建议：小震下场地特征周期按安评报告[1]取值0.4 s，水平地震影响系数最大值取0.04，地震加速度时程曲线最大值取18 cm/s2；大震下场地特征周期取0.45 s，水平地震影响系数最大值取0.28，地震加速度时程曲线最大值取125 cm/s2。

3 结构体系选型

3.1 结构抗侧力体系

结构抗侧力体系为两个部分：第一部分为1层～16层四周型钢混凝土框架柱、16层以上四周普通混凝土框架柱和普通框架梁组成的框架结构，外框架柱间距4.8 m，沿建筑周边均匀布置；第二部分为核心筒剪力墙结构，核心筒外墙的厚度为1 050 mm～400 mm，由下至上均匀递减，核心筒墙体厚度采用在核心筒外侧变化。这两部分抗侧力体系以核心筒为主要抗侧力体系，外框架柱为次要的抗侧力体系，通过调整框架梁和核心筒连梁的截面尺寸降低结构的整体刚度，让外框架结构作为二道防线的作用得以体现。

3.2 结构超限情况

依据《建筑抗震设计规范》[2]和《高层建筑混凝土结构技术规程》[3]的有关条文，判别该超高层办公楼存在以下超限：

1)按《高规》表3.3.1-2，抗震设防烈度6度区B级高度框架—核心筒结构最大适用高度210 m，本工程房屋高度为249.7 m，超高39.7 m，属于超B级高度的高层建筑。

2)按《高规》第3.5.5条规定：结构上部楼层收进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2，本工程Y方向上部楼层收进后的水平尺寸小于下部楼层水平尺寸的75%，属竖向不规则。

3.3 结构抗震性能化目标

本工程超高层办公楼结构抗震性能总体目标确定为C级。在满足性能目标C的基础上，根据构件重要性计算从严控制，详见表1。

表1 抗震性能化目标

4 结构计算结果分析

4.1 小震弹性反应谱法

根据《高规》第5.1.12条规定，本工程结构计算采用了ETABS和SATWE两套程序进行整体计算，弹性反应谱法结果对比如表2所示。

表2 弹性反应谱法计算结果

ETABS计算的质量参与系数X向达到92%，Y向达到91%；SATWE计算的质量参与系数X向达到99.5%，Y向达到99.5%；均超过了规范规定的90%的要求。

ETABS计算的扭平比为0.644，SATWE计算的扭平比为0.6，均小于规范要求的0.85。

ETABS计算刚重比X向为1.66，Y向为1.64；SATWE计算刚重比X向为1.78，Y向为1.74；均大于规范要求的稳定性下限1.4的要求；说明在侧向荷载作用下，重力荷载产生的P—Δ效应满足高层建筑结构的稳定性的要求，但刚重比值均小于2.7，需考虑重力二阶效应的不利影响。

框架结构承担的地震倾覆力矩在X，Y两个方向达到25%～30%，说明外框架结构作为结构二道防线具有足够的抗倾覆承载能力和安全储备。在地震作用和风荷载作用下，最大层间位移角均大于1/800，均满足规范要求。

4.2 小震弹性时程分析

根据《高规》第5.1.13条2款要求，本工程采用弹性时程分析方法进行补充验算。小震下总共选取了7条波，其中5条波为天然波，2条为人工波(地震波由安评报告及某专业地震波公司提供)，地震波的有效峰值、持续时间、频谱特性等均满足规范的相关要求；地震波加速度反应谱曲线与抗震规范反应谱比较见图2(限于篇幅仅给出天然波S0314加速度反应谱)。

计算结果表明：7条地震波计算的X向结构基底剪力值分别为：11 640 kN，8 913 kN，9 529 kN，8 160 kN，8 483 kN，15 380 kN，10 830 kN，反应谱法计算基底剪力为10 419 kN；单条地震波计算的基底剪力均不小于反应谱法所计算的65%，7条地震波计算的平均基底剪力达反应谱法所计算的93%,不小于80%(其他情况略)；7条地震波计算的X向层间位移角分别为1/2 513，1/2 711，1/2 899，1/3 009，1/3 064，1/2 330，1/2 447，平均值1/2 683，小于反应谱法1/2 347，同时满足规范不大于1/800的要求；说明按反应谱法作为结构设计依据是安全合理的。

4.3 中震反应谱法分析

中震弹性计算和中震不屈服计算主要是针对本工程构件的性能目标进行量化计算。在中震下，SATWE程序计算结果显示关键构件(底部加强区剪力墙、框架柱)及结构竖向构件的正截面承载力、受剪承载力均满足中震弹性的要求；框架梁受弯受剪均满足中震不屈服的要求，少量连梁出现较轻微的抗弯屈服，但其受剪承载力满足中震不屈服的要求，属于局部延性损坏；结构在中震下能达到预期的性能指标且满足“中震可修”设防目标。

4.4 罕遇地震下动力弹塑性时程分析

本工程采用Midas Building 2013软件进行弹塑性动力时程分析计算，结构模型考虑了几何非线性、材料非线性等，考察结构在大震下的塑性变形能力和耗能能力。

在大震作用下X，Y两个方向上结构弹塑性最大层间位移角分别为 1/318，1/315；均满足规范规定的结构薄弱层弹塑性层间位移角限值均小于1/100规定，满足“大震不倒”的抗震设防目标。计算结果表明：连梁首先出现塑性，结构整体刚度开始减弱，结构进入耗能阶段；核心筒外围剪力墙基本处于不屈服状态，仅核心筒内分隔墙局部进入塑性；随着结构损伤不断累积，部分框架梁也出现轻微的塑性，说明结构满足有多道抗震防线设计要求(限于篇幅，该部分结构动力弹塑性分析过程及构件损伤评价已另文阐述)。

5 结语

本工程虽然属于超B级高度的高层建筑以及存在竖向收进不规则，但设计时根据建筑特点，采用框架—核心筒结构体系，对结构截面尺寸选择及布置进行优化，使结构整体上具有良好的抗震性能，各项指标基本满足规范的要求。核心筒连梁作为结构抗震设计的“保险丝”，达到小震不坏，大震耗能的性能设定目标；外围框架结构作为结构抗震设计的二道防线，除满足承载竖向荷载外，也具备足够的抗侧和抗倾覆承载能力。

[1] 江西省防震减灾工程研究所.金融街世纪中心工程场地地震安全性评价报告[R].2008.

[2] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[3] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

The seismic performance analysis on a super high-rise building

LI Jian-rong GAO Qun SUN Ye-hua

(ChinaRuilinEngineeringTechnologyLimitedCompany,Nanchang330031,China)

This paper made overall seismic performance analysis on a super high-rise building structure using different mechanical procedures, in each indicator meet the specification, using the elastic time history analysis and elastic-plastic time history analysis method researched the structures dynamic response characteristics, assessed the seismic and safety performance under strong earthquakes, the result showed: the super high-rise building structure could meet the design requirements of multi-channel seismic defense line.

super high-rise building, seismic performance, elastic-plastic time history analysis

1009-6825(2014)35-0048-03

2014-10-09

李建荣(1972- )，男，高级工程师，国家一级注册结构工程师； 高 群(1968- )，女，工程师； 孙业华(1980- )，男，硕士，高级工程师,国家一级注册结构工程师

TU352.11

A