某地铁停车场上盖超限高层建筑动力弹塑性分析

李俊生

摘 要：地铁停车场上建造的高层建筑结构形式复杂，一般属于超限高层建筑。采用集中塑性铰模型模拟梁柱构件、纤维单元模型模拟结构剪力墙，采用Midas Building软件建立了某地铁车场上一个高层建筑结构的数值模型，对该结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，获得结构弹塑性层间位移角和梁柱及剪力墙塑性铰分布。结果表明，该超限高层建筑结构层间位移角满足规范限值的要求，梁、柱和剪力墙塑性铰分布合理，罕遇地震作用下结构符合抗震设计安全要求。

关键词：高层建筑；动力弹塑性；超限结构；集中塑性铰

中图分类号：TU973.31 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.002

1 结构概述

上海某地铁停车场的首层为地铁停车场的运用联合库，二层为物业开发的停车场，受工艺和使用要求的限制，底部两层均为钢筋混凝土框架结构。二层为转换层，住宅楼范围内柱子内插十字钢骨，一层住宅楼范围外柱子内插H形钢骨。三层及以上为多高层住宅，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，剪力墙全部不落地。本结构属于多塔、具有转换层、立面体型收进的复杂结构体系，由于底部为框架结构，上部为框架-剪力墙结构，底部的剪切刚度比不满足规范要求，因此属于超限高层建筑，有必要进行动力弹塑性时程分析，以研究分析该结构在罕遇地震下的响应、薄弱环节和破坏模式等。本文以其中一典型塔楼为例，进行罕遇地震下的动力弹塑性分析，该塔楼建筑高度为38.1 m，共12层，考虑梁高影响后首层层高9.4 m，二层层高5.3 m，首层住宅层高4.6 m，其余标准层层高2.9 m，住宅平面尺寸为56.3 m×11.6 m，结构整体模型如图1所示。

2 动力弹塑性时程分析

动力弹塑性时程分析是一种非线性动力分析方法，其不仅能够对结构进行定性的分析，同时能获得罕遇地震作用下结构动力响应的量化性指标。由于其输入的是真实的地震动，因此能够得到结构在地震动过程中各个时刻的内力、变形、损伤状态。本文采用基于Midas Building的动力弹塑性分析平台，对地铁停车场综合开发某典型单塔结构进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，研究结构层间位移角、塑性铰分布和破坏模式。

2.1 材料本构模型及滞回关系

混凝土采用《混凝土结构设计规范》附录C中的单轴受压应力-应变本构模型，钢筋（钢材）采用双折线本构模型，如图2所示。

对于钢筋混凝土梁和型钢混凝土组合梁，采用单轴滞回模型-修正武田四折线模型，如图3所示。对于钢筋混凝土柱、型钢混凝土柱和钢管混凝土柱构件，考虑轴力-弯矩的相关性，采用P-M-M相关的具有随动硬化特性多轴滞回模型，如图4所示。对于钢筋混凝土剪力墙构件，采用纤维模型 。

2.2 地震动选取

时程分析按上海市《建筑抗震设计规程》5.1.2的规定，按建筑场地类别和设计地震分组选用一组人工模拟的加速度时程曲线（SHW9）和两组实际强震记录（SHW11、SHW12）。计算前将选取的地震动峰值加速度调整至200 cm/s2，特征周期取1.1 s，考虑罕遇地震作用下结构塑性发展的影响，阻尼比取0.06. 地震动时程曲线如图5所示。

2.3 分析结果

2.3.1 层间位移角

动力弹塑性时程分析得出结构在罕遇地震作用下的层间位移角如表1所示，结构弹塑性位移角X向最大值1/112，Y向最大值1/140，都小于规范规定的最大弹塑性变形限值1/100；框支转换层结构最大弹塑性位移角X向最大值1/252，Y向最大值1/548，都小于规范规定的最大弹塑性变形限值1/120.

2.3.2 结构弹塑性状态

动力弹塑性时程分析得出在罕遇地震作用下，结构构件的弹塑性状态随时程变化的情况。在地震时程6 s、12 s和在地震动结束时，结构梁铰屈服状态、柱铰屈服状态、剪力墙应变分布情况分别如图6、图7、图8所示。

3 结论

在罕遇地震作用下，结构上部框架剪力墙结构的最大弹塑性位移角小于1/100，大底盘框架的最大弹塑性位移角小于

1/120，二者均满足规范中关于弹塑性位移限值的要求，满足了“大震不倒”的设防要求。

在地震动输入过程中，上部剪力墙连梁首先出现塑性铰，随后塑性铰向框架梁延伸，同时，受力较大的框架柱开始开裂，并部分出现塑性铰。在地震动输入结束时，结构框支柱和转换梁均出现塑性铰。

结构损伤主要集中在上部结构的剪力墙连梁和框架梁部位，大部分剪力墙的应变等级较小，损伤较轻微，能实现结构抗震设计规范中多道防线抗震设防的目标。

参考文献

[1]徐晓龙，高德志，桂满树，等.北京某超高层商住楼动力弹塑性时程分析[J].建筑结构，2010（40）：80-82.

〔编辑：王霞〕

Abstract： Building underground parking lot on the form of high-rise building structure is complex， generally belong to high-rise building. Using lumped plastic hinge model simulation of beam column elements， fiber element model to simulate the structure of shear wall， built a subway station on the high-rise building structure numerical model by using the Midas Building software， the structure of the rare earthquake the elastoplastic time history analysis of the structure is obtained， the elasto-plastic inter story displacement angle of beam and column and shear wall， the distribution of the plastic hinge. The results show that， the high-rise building structure layer displacement angle to meet the requirements specification limits， beam， column and shear wall in the plastic hinge distribution is reasonable， infrequent structures under earthquake can meet the seismic design safety requirements.

Key words： high-rise building； dynamic elastoplastic； overrun structure； lumped plastic hinge