某框支剪力墙超限高层大震弹塑性分析

孙 方

四川海辰工程设计研究有限公司 四川 绵阳 621000

一、工程概况：

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本工程效果图如下：

结构基本参数

二、结构性能目标

本工程结构高度为116.55米，属于大于7度区A级高度100米限值，小于B级最大适用高度120米限值，依据JGJ3-2010第3.11.1条及条文解释，本工程结构抗震性能目标定为D级，关键构件的性能目标提高至C级，同时将关键构件中的框支框架性能水准提高为中震弹性、大震不屈服，将关键构件中的底部加强区的剪力墙性能水准提高为中震抗剪弹性、中震抗弯不屈服；大震不屈服。具体如下：

表2 -1 各构件抗震性能目标

三、结构动力弹塑性分析目的

1、通过层间位移角的分布及最大值判定该结构在大震作用下是否满足不倒塌的抗震设计目标。

2、通过结构顶点而位移时程曲线判断结构整体刚度的退化程度并推测结构的塑性损伤程度。

3、了解结构塑性铰的形成规律和构件损伤特性，复核构件的性能水准是否满足预定的性能目标要求。

4、发现结构薄弱部位或构件，并针对分析结果中揭示的设计问题提出适当的改进或加强建议。

四、动力弹塑性时程分析的技术条件

本工程采用SAUSAGE（2018版）进行罕遇地震动力弹塑性时程分析复核，具体技术条件见软件说明书。

五、地震波选取

采用SAUSAGE自带的地震波库，参考小震选波的原则即和振型分解法所采用的反应谱“在统计意义上相符”选取了两组天然波，一组人工波，具体如下：

表5 -1：分析工况信息分析工况信息表

地震波曲线如下：

六、位移结果

1、层间位移角及顶点位移

每组地震波作用下结构的顶部位移及层间位移角见表10-3，结构的位移曲线见图11-8。

表6 -1 地震动作用下弹塑性大震位移、层间位移角表格

由上表知：结构在X方向的层间位移角最大值为1/195，出现在19层；结构在Y方向的层间位移角最大值为1/214，出现在27层。结构在X、Y两个方向层间位移角均满足抗震性能目标1/120的限值要求。

不同波组对应的位移曲线

七、剪力结果

1、基底剪力

每组地震波作用下结构的基底剪力最大值见下表：

表7 -1 每组地震波的最大基地剪力与相应的剪重比

※大震基底剪力，约为小震反应谱剪力5.60～6.46倍，可说明大震作用下结构塑性发展不大，也可证明大震下的地震波选择是合理的，能够反映相应等级地震的作用[1]。

八、结构最终结构铰分布图

1、框架梁塑性铰

在教学方法中，以案例教学为主线，综合运用了传统的讲解式、新颖的PBL教学法、启发式教学等。在教学氛围中以鼓励和引导为主，让实习生在轻松、愉悦的环境中学习和成长。

※由上述图知：结构塑性发展为剪力墙连梁首先开裂，梁铰明显。

2、框架柱塑性铰

※由上述图知：框架柱基本为轻微破坏。

3、剪力墙性能水平

※由上图知：作为耗能构件的连梁损伤严重，符合性能目标D的要求；关键构件中除个别（面积占比小于5%）墙体为中等～重度破坏外，其余关键构件为轻微～轻度破坏，满足预定的性能目标，高于性能目标D的要求。

九、罕遇地震作用下弹塑性时程分析结论

1、主体结构在各组地震波作用下的X向最大弹塑性层间位移角为1/195，Y向最大弹塑性层间位移角为1/214，且无突变，满足“大震不倒”的设防要求；

2、整体结构在罕遇地震时程作用下，其弹塑性发展历程为：在罕遇地震下结构连梁最先出现塑性铰，随着地震波加速度的增大，较多的连梁发生塑性变形并逐步累积耗能；极少量结构框架梁、柱开裂至进入屈服状态；地震输入结束时绝大部分剪力墙未进入屈服状态，只有少数剪力墙中度破坏。

4、设计采用型钢混凝土柱、部分受力较大的及支承框支次梁的框支梁采用型钢混凝土梁、部分剪压比较大的墙采用钢板混凝土剪力墙等加强措施能有效保证结构构件性能水准、整体结构的性能目标。

综上，通过对结构的大震动力弹塑性时程分析，本结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制合理，符合结构抗震工程的概念设计要求，能达到预期的抗震性能目标。

十、结合罕遇地震作用下弹塑性时程分析结果需采取的结构措施

1、本结构连梁破坏严重，施工图设计时将采取相关加强措施，确保其破坏后承担竖向荷载的能力，并将部分连梁改为型钢混凝土连梁，按大震不屈服设计。

2、将关键构件中个别性能水准为中等破坏的剪力墙采用钢板剪力墙加强，确保其达到大震下性能水准4的要求。