某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析
2014-10-21杨轶宇
杨轶宇
摘要:随着我国建筑行业的快速发展以及城市土地资源的日益紧张,超限高层建筑被应用的越来越加广泛,其安全与否对于人们的生命财产安全有着重要的影响,因此,必须加强对超限高层建筑结构设计的重视。本文就以某超限高层建筑为例,对其工程的概况、抗震设计参数和设计目标进行阐述,并利用相应的工程分析软件对其抗震性能进行分析,提出超限高层建筑结构超限设计注意事项。
关键词:某超限高层建筑结构;抗震超限设计;抗震性能分析;注意事项
在对超限高层建筑进行结构抗震超限设计时,需要根据工程实际情况选择合理的抗震指标,综合考虑各部分结构应该达到的抗震性能目标与水准,利用合理的计算方法对其验证,从而保证最终的设计效果符合抗震规范的要求。
一、某超限高层建筑工程概况
本建筑工程的主体结构高度为186.550m,在地面上的总层数设计为46层,有7层裙房,地下结构为4层,成双塔构型。地下结构的功能设计与高度分别为:地下1层高度为5.500米,作为超市使用;地下2-3层主要作为车库使用,高度为3.900米;地下4层是人防兼车库,保持层高在4.500米。地上结构的层高与功能设计分别为:1层高度5.500米,2-7层高度是5.000米,1—7层共同作为购物中心;8层以上都作为办公使用,8层与9层的层高应为4.000米,10层、22层以及34层作为避难层,其高度为4.050米,剩余楼层高度都为3.850米[1]。
二、某超限高层建筑结构抗震超限设计
(一)某超限高层建筑结构体系与抗震超限设计参数
本工程的结构体系主要包括:钢管混凝土柱和钢梁组成的外部框架、钢筋混凝土核心筒构成的内部结构。本工程设计基准期为50年;建筑结构整体的安全等级设计以二级为标准;在抗震类别上,10层(第一避难层)以下为乙类,以上为丙类;设计基本地震加速度采用0.10g,整体抗震设防烈度为7度,地震分组设计为第二组,场地类别属于Ⅱ类,场地的特征周期设计为0.40s。
(二)抗震超限设计目标
抗震超限设计的目标需要根据结构构件的不同而进行确定,结合《高层建筑混凝土结构技术规程》的定义,本工程的主要结构构件可以分为两类,第一类是位于底部加强区的核心筒和越层柱,第二类是位于非底部加强区的核心筒、工程中的框架梁、连梁和外框柱以及楼板[2]。
根据抗震超限设计参数的要求,此两类结构构件的抗震性能水准和抗震性能目标应如表1所示, 表1抗震性能水准与抗震性能目标
具体的抗震设防目标应如表2所示。
地震等级
抗震性能目标 多遇
地震 设防烈度地震 罕见地震
震后整体损坏程度 完好,无损坏 轻度损坏 中度损坏
层间位移值 1/658 1/221 1/100
震后构件性能状况 底部加强区核心筒
保持良好弹性 抗剪弹性;受弯不屈服;
控制墙体拉应力 抗剪截面满足规范要求
越层柱 抗剪弹性;受弯不屈服
可以进入需塑性,
但应控制塑性变形程度
非底部加强区核心筒 抗剪弹性;受弯不屈服
抗剪截面满足规范要求
外框架柱 抗剪弹性;受弯不屈服
框架梁 允许部分构件弯曲屈服;
允许部分构件进入抗剪塑性;
抗剪截面满足规范要求
连梁 抗剪弹性
受弯不屈服 可以进入需塑性,但应控制塑性变形程度,且不能脱落
楼板 允许开裂,但裂缝宽度与降低刚度应在一定范围内 允许开裂,但不能
开裂过度或脱落
表2:抗震性能要求
三、某超限高层建筑工程結构抗震超限分析
为计算本工程的抗震性能和寻找结构的薄弱位置,遵循地震设计“小震不坏、中震可修、大震不倒”的慎防原则,本文以MIDAS Building和SATWE为计算工具,对本工程的各项抗震性能要求进行了相应的分析,具体分析内容如下:
(一)多遇地震弹性分析
在利用软件对建筑工程进行多遇地震弹性分析时,利用壳单元来模拟墙体和楼板,框架柱和梁用杆件单元来模拟,以软件自带的钢管混凝土截面来代替建筑工程中的钢管混凝土,可以得到如图1和图2的层间位移角曲线[3]。
图1:SATWE分析得到的X向层间位移角曲线
图2:MIDAS Building分析得到的X向层间位移角曲线
由图1和图2分析可以得出,本工程在多遇地震的地震波作用下发生的层间位移的规律与反应谱基本一致,且都没有超过规范要求的层间位移值,表明了本工程抗震超限设计满足多遇地震设计的要求。
(二)罕遇地震动力弹塑性分析
利用EPDA软件对本工程在罕遇地震情况下的动力弹塑性情况进行计算,可以得到图3所示的数据。
图3:罕遇地震作用下结构楼层间位移角
据图分析可以得出:本工程在罕遇地震的作用下,于水平和垂直方向发生的最大弹塑性层间位移角出现在35层,其最大值为1/119左右,没有超过抗震规范要求的1/100,能够实现“大震不倒”的抗震性能设计目标。
结语:
综上所述,超限高层建筑结构抗震超限设计是一项复杂的工程,需要考虑多种情况下结构构件的抗震性能与水准,在设计中出现任何遗漏或者错误,都会造成建筑工程结构中某一部分成为抗震的薄弱环节,进而造成安全隐患。因此,在进行超限高层建筑结构抗震超限设计时,需要请具有丰富设计经验和足够专业水平的工程师进行设计,并对设计结果进行反复论证,从而保证建筑工程的安全。
参考文献:
[1] 林辰,陈勇豪.兴业·喜来登广场酒店主楼抗震超限设计[J].浙江建筑,2014,9:17-21.
[2] 陈达锋.某高位转换超限高层建筑结构抗震设计[J].工程抗震与加固改造,2013,4:67-75.
[3] 谭雪峰,李磊,李秋娴等.某超限高层剪力墙结构抗震设计[J].科技创新导报,2014,11:54-54.
[4] 贺志文.某超限高层建筑结构基于性能抗震设计[J].新材料新装饰,2014,3:416-417,372.