深圳某超限高层建筑的抗震分析

2020-07-25杜军夏美梦

工程建设与设计 2020年13期

杜军，夏美梦

（深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，广东深圳518054）

1 工程概况

本工程位于深圳市龙岗区布澜路与坂雪岗大道的交汇处。本工程为Ⅱ类场地，抗震设防烈度是6 度，设计地震分组为第一组。本工程为带局部转换的剪力墙结构，结构高度为142.5m，地下1 层板面为嵌固端，地下2 层为甲类人防地下室，地上设46 层，其中，建筑4 层（即结构3 层顶板）设有墙体局部转换，但抗震墙转换率不超过10%。地基基础设计等级为甲级，建筑桩基安全等级为二级。基础拟采用冲孔灌注桩和天然基础，桩长约6～25m，以微风化岩为持力层，桩径φ1200～2800mm，底板厚度取400mm。

2 弹性时程分析

选取7 条地震波对该结构进行小震弹性时程分析，其中，2 条为场地人工波，其余5 条为天然波。从主要计算结果中可以看出，在结构的中下部，振型分解反应谱法的层间剪力均大于采用时程分析法求解得出的平均层间剪力，但在结构顶部，时程分析法求解得出的结果稍大，可能会使结构顶部产生鞭梢效应，所以，在采用振型分解反应谱法进行结构弹性分析时，宜考虑高振型给结构顶部带来的不利影响。反应谱与时程分析结果比较见表1。

3 设防地震分析

在设防地震作用下，为了准确模拟计算，用纤维单元模型的XTRACT 程序采用平截面假定方法进行构件截面承载力计算。如图1 为在设防地震作用下，典型截面转换柱的承载力验算结果，分析可得，典型截面转换柱承载力可以满足性能目标的要求；落地剪力墙抗弯承载力验算如图2 所示，落地剪力墙抗弯承载力有较大富余，满足中震不屈服要求。

表1 反应谱与时程分析结果比较

图1 转换柱承载力验算

图2 剪力墙抗弯不屈服验算

注：PMM 曲线为轴力和两个方向弯矩的内力组合设计值和该位置截面承载力的比值，水平轴为弯矩比值，竖轴为轴力比值，通过将内力组合设计值和截面承载力进行对比，将截面任意方向正则化，从而将三维PMM 曲线表达在二维平面图，图1 和图2 中的圆线（半径为1.0）为承载力最大值，内力组合值在圆中表示PMM 承载力满足中震弹性要求。

4 楼板应力分析

采用弹性反应谱方法和弹性时程分析法分别计算弹性楼板应力。楼板在X 向地震作用下拉应力均在1.43MPa 以下，低于混凝土抗拉强度设计值。

结构存在细腰区域如图3 所示，该区域的两端连接着2个主体结构，在地震作用下，该细腰区域有可能会先于竖向抗侧力构件发生破坏，将会直接导致其两端连接的2个主体结构成为2个独立的塔楼，完全改变了整体结构的动力特性，较大程度降低了整体结构的抗震性能，所以，对该薄弱区域的楼板进行应力分析非常必要【1】。

图3 细腰定位及刚性隔板区域图

根据应力云图可以看出，在设防烈度地震和罕遇地震作用下，大部分楼板面内应力均满足相关规范要求，是因为加厚了转换部分的楼板，减少转换部分的楼板开洞，充分发挥楼板的整体性。细腰区域内的楼板，局部产生应力集中现象，其薄弱部位的楼板拉压应力均满足要求；在细腰区域，虽然楼板局部开洞较大，在楼板开洞边缘处合理设置一定的剪力墙与连梁，在薄弱部位的楼板开洞处可以极大提升结构整体性。

5 罕遇地震作用下非线性地震反应分析

5.1 材料本构模型

在MIDAS Building 中能够有效模拟结构在罕遇地震作用下的受力性能，合理选择材料本构关系非常重要，其中，本工程混凝土材料本构关系采用单轴受压下应力-应变关系模型，钢筋采用双折线本构模型，钢筋混凝土构件采用了修正武田三折线，钢结构构件则采用了标准双折线滞回模型，剪力墙单元采用理想弹塑性双折线本构模型【2】。

5.2 计算结果

图4、图5 分别为罕遇地震下结构的屈服状态，结构在罕遇地震作用下，连梁首先屈服，框架梁部分屈服；墙体损伤较小。可以看出，连梁首先屈服，框架梁部分屈服，达到了结构在大震作用下的耗能作用，转换部分的关键构件均未进入屈服阶段，大部分剪力墙未进入屈服阶段，其损伤较小，有效地保护了整体结构的竖向构件能够继续承担竖向荷载，符合“强柱弱梁”抗震概念设计的要求。在罕遇地震作用下，结构最大层间变形满足规范要求，结构满足“大震不倒”的要求。