多遇地震下基于PMSAP和MIDAS计算对比对某大型综合性公共建筑进行结构分析

2016-09-14高少波蒋克军张德成

四川建筑 2016年4期

关键词：屋盖筒体桁架

高少波, 蒋克军, 张德成, 卢　挺

(1. 南充市政府投资非经营性项目代建中心, 四川南充 637000;2. 中国建筑西南设计研究院有限公司, 四川成都 610000)

多遇地震下基于PMSAP和MIDAS计算对比对某大型综合性公共建筑进行结构分析

高少波1, 蒋克军1, 张德成1, 卢挺2

(1. 南充市政府投资非经营性项目代建中心, 四川南充 637000;2. 中国建筑西南设计研究院有限公司, 四川成都 610000)

某项目地下一层地上四层(不含夹层)，结构形式采用钢筋混凝土筒体—钢桁架—混凝土框架的混合结构。文章通过在多遇地震下基于PMSAP和MIDAS软件的对比计算分析并采取加强措施等，为项目设计提供充分的依据。

混合结构；计算分析；加强措施；抗震

1　工程概况

项目位于四川省南充市，该建筑地上四层，地下一层，总面积为18 800 m2，建筑平面近似正方形，底部投影尺寸为114 m×107 m，建筑高度31.2 m，总建筑面积约4.7×104m2。

2　结构设计

2.1地基基础设计

本工程场地及其附近无断裂通过，岩层平缓，属构造稳定地块。现场地质调查表明，场地地形开阔、略有起伏；2008年5月12日汶川发生8级地震，对南充市无重大影响。根据场地工程地质条件，场地内未发现其他不良地质作用，地基土稳定，区域地质构造较稳定，适宜建筑。

基础采用筏板、钢筋混凝土独立及条形混合基础，基础持力层为中风化砂质泥岩，基底位于基岩部位。其中筒体部分为筏板基础，厚度为1.5 m；框架部分为柱下独立基础，基础高度0.8～1.2 m，当基底埋置深度较大时，采用钻孔灌注桩，高度为0.8～1.8 m；地下室侧墙部分为钢筋混凝土条形基础。

2.2结构体系

本工程采用钢筋混凝土筒体—钢桁架—混凝土框架的混合结构体系。结构主要由四个12.5 m×13.0 m的混凝土筒体组成，筒体范围的投影尺寸为65.7 m×65.7 m，混凝土筒体之间采用钢桁架连接，钢桁架高度7.5～9.1 m，净跨约40 m，外挑15～18 m，四层中间设置局部设备夹层。塔楼高宽比0.47<限值[7.0]，平面长宽比1.00<限值[6.0](图1)。

图1　结构模型三维

筒体结构的墙厚从下到上统一，均为外墙厚700 mm，内墙厚300 mm；框架柱从下到上统一，截面尺寸有800 mm×800 mm、700 mm×700 mm、600 mm×600 mm三种类型；第一、二、三层楼面框架梁典型尺寸为500 mm×800 mm、500 mm×900 mm；钢桁架上下弦杆分别为□900×400×70×70×70、□1 100×400×70×70×70；腹杆类型有□600×400×60×60×60、□800×400×50×50×50、□400×400×25×25×25三种。钢筋混凝土楼板厚160 mm(一层)、120 mm(二、三层)，钢结构部分采用钢筋桁架楼承板，板厚142 mm(钢筋桁架高度为100 mm)。

2.3结构计算及分析

2.3.1计算程序

按照JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，采用PMSAP和Midas-Building两种软件进行了多遇地震作用下反应谱法(CQC法)分析。采用刚性楼板假设，采用PMSAP进行了弹性时程分析的补充验算。其中PMSAP程序的计算模型采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑构件，采用在壳单元基础上形成的墙元模拟剪力墙。

2.3.2设计主要参数及材料

根据《四川省建设工程抗御地震灾害管理方法》，非抗震设防区内的重要公共建筑的设防工程按抗震设防烈度6度进行设防。故本工程建筑结构安全等级为一级，地基基础设计等级为甲级，设计使用年限为50年，抗震设防类别为重点设防类(乙类)，抗震设防烈度小于6度(提高至6度)，基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，基本风压值(100年)0.35 kN/m2，风荷载体型系数取为1.3，地面粗糙度B类，抗震等级分别为混凝土筒体二级，钢桁架三级，混凝土框架三级。位移角的控制标准为1/800(多遇地震)。

主要结构材料有混凝土C30，钢筋HPB300、HRB400，型钢Q235、Q345B、Q390B、Q420B。

选取的地震波见图2～图5。

图2　天然地震波N1

图3　天然地震波N2

图4　人工地震波R1

图5　选定地震波的反应谱与规范反应谱比较

2.3.3计算结果

取基础顶面为上部结构嵌固端，考虑偶然偏心和双向地震扭转效应，计算结果见表1。

2.3.4计算结果分析

(1)从表1可以看出，PMSAP和Midas-Building两种软件的弹性反应谱法(CQC法)分析结果基本一致，均满足规范要求。

(2)从结构的整体性来看，本项目主要抗侧力构件为四个巨型混凝土筒体，竖向抗侧力构件连续，屋盖为大跨钢桁架屋盖，屋盖较为完整，可认为平面及竖向均规则，故刚度比、受剪承载力比均未列出。

(3)同时，采用弹性时程分析法进行补充验算，由时程分析结果可知，楼层剪力、楼层位移、倾覆力矩、层间位移角等均小于CQC的值，结果分析见图6。

(4)底层墙、柱轴压比最大值接近于限值，施工图设计时根据情况适当加大柱子的含钢率和墙体厚度。

2.3.5结构超限判别

本项目结构类型为钢筋混凝土筒体—钢桁架—混凝土框架组成的混合结构，属于特殊结构类型；大屋面筒体间楼面开洞宽度大于总宽度的一半，超过规范要求的有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50 %，所以平面不规则；楼层最大层间位移比个别大于层间位移平均值的1.2倍，但不大于1.4倍，因此平面扭转不规则；本项目属大型博览类建筑，下部楼层的概念不明确，结构楼层关系复杂，不同于一般的规则结构，从结构的整体性来看，本项目主要抗侧力构件为四个巨型混凝土筒体，竖向抗侧力构件连续，屋盖为大跨钢桁架屋盖，主要结构骨架可以看做为单层的巨型结构，因此可认为平面及竖向均规则。