某八度区高层住宅抗震设计

张浩

（上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041）

1 工程概况

某高层住宅位于天津市津南区，为剪力墙结构。层高3m，房屋高度78.3m，共计26层，标准层平面如图1所示。

图1 建筑平面标准层

该住宅的安全等级为二级，抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为Ⅷ度（0.20g），设计地震分组为第二组；场地类别为III类，场地特征周期为0.55s；基本风压0.5kN/m2，地面粗糙度类别 B 类[1]。

2 多遇地震下结构的计算分析

2.1 计算模型

本结构采用YJK和ETABS两种计算软件建模，计算考虑的主要因素有：①计算时采用考虑扭转耦连影响的阵型分解反应谱法；②考虑双向水平地震作用下的扭转影响，并考虑单向地震时偶然偏心的影响；③抗震计算时，振型数使得振型参与质量不小于总质量的90%。

在ETABS软件建模时，梁柱结构采用杆单元[2]，连梁和墙体采用壳单元模拟，普通楼板采用膜单元模拟，并且各层采用刚性隔板。定义质量源时，选择“荷载模式”，将恒荷载乘数取为1，活荷载乘数取为0.5，勾选侧向质量集中于楼层标高处。考虑非结构构件的影响，周期折减系数取为0.95。计算之前，对楼板和墙体进行细化单元剖分。

2.2 振型分解反应谱法

2.2.1 质量和周期

采用YJK和ETABS两种软件进行小震作用下的反应谱分析。在小震作用下，按照弹性方法计算得到的结构的质量和周期如表1所示。

表1 总质量和周期

可以看出：两种软件的模型质量相差仅有1.4%，主要周期点的差别均在10%以内，因此可以进行下一步的分析。

2.2.2 层间位移角

在地震作用下，结构的层间位移角曲线如图2所示。从图中可以看出：小震作用下，YJK软件得到的X向、Y向的最大层间位移角分别为1/1166和1/1047；ETABS软件得到的X向、Y向的最大层间位移角分别为1/1303和1/1150；地震作用下楼层平均位移曲线平滑无突变，结构的竖向刚度变化均匀，有利于抗震。

图2 层间位移角

2.2.3刚重比

结构弹性等效侧向刚度与重力荷载设计值的比值称为结构的刚重比，刚重比是影响结构稳定和重力P-△效应的主要因素。两款软件得到的模型的刚重比分别如表2所示。

表2 刚重比

可以看出：结构的刚重比大于1.4，满足《高规》[3]5.4.4条的整体稳定验算；且刚重比都大于2.7，满足《高规》5.4.1条，可以不考虑重力二阶效应的影响。

3 多遇地震下的弹性时程分析

《高规》4.3.4-2条规定：八度区III类场地、建筑高度超高80m的高层建筑结构，应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算[3]。本住宅楼建筑高度为78.3m，III类场地，和规范规定的结构高度限值接近，考虑到屋顶设备房、电梯机房的存在，所以本结构也进行了多遇地震下的补充计算。

根据规范要求，本工程选取三条地震波，其中两条天然波分别为Coalinga-01_NO_326（后续以Wave1指代，下同）和SuperstitionHills-02_NO_726（Wave2），一条场地人工波ArtWave-RH2TG055（Wave3），按照Ⅷ度（0.20g）、III类场地进行多遇地震下的弹性时程分析。规范反应谱与地震波谱对比见图3。

图3 规范谱与地震波对比曲线

规范要求：多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的的地震影响系数曲线在统计意义上相符，即要求在对应于结构主要振型的周期点上，二者相差不大于20%。由表3可以看出，符合规范在统计意义上相符的要求。

表3 基本周期偏差对比

3.1 YJK软件的弹性时程分析

YJK软件通过反应谱法、弹性时程分析得到的计算结果对比如表4所示。《高规》4.3.5条要求：弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力在阵型分解反应谱法计算结果的±35%内，多条时程曲线计算所得到结构底部剪力的平均值在阵型分解反应谱法计算结果的±20%以内。由表4可以看出，所选择的地震波满足要求。

表4 YJK反应谱法、弹性时程分析计算结果对比

最大楼层地震剪力曲线如图4所示。可以看出：对于X方向，在中部楼层（11～20F），多条地震波计算出的地震剪力包络值大于反应谱法，其余楼层反应谱计算出的地震剪力大于各条地震波的计算结果；对于Y方向：在13～27F，多条地震波计算出的地震剪力包络值大于反应谱法，其余楼层反应谱计算出的地震剪力大于各条地震波的计算结果。因此在构件设计时，应分别对各楼层的阵型分解反应谱的结果进行相应的放大。

图4 楼层地震剪力曲线（YJK）

3.2 ETABS软件的弹性时程分析

ETABS软件通过反应谱法、弹性时程分析得到的计算结果对比如表5所示，可以看出所选地震波同样满足《高规》4.3.5-1条的要求。

表5 ETABS反应谱法、弹性时程分析计算结果对比

最大楼层地震剪力曲线如图5所示。可以看出对于X方向：在中部区域楼层（12～21F），多条地震波计算出的地震剪力包络值大于反应谱法，其余楼层反应谱计算出的地震剪力大于各条地震波的计算结果；对于Y方向：在21～25F，多条地震波计算出的地震剪力包络值大于反应谱法，其余楼层反应谱计算出的地震剪力大于各条地震波的计算结果。因此在构件设计时，应分别对各楼层的阵型分解反应谱的结果进行相应的放大。

图5 楼层地震剪力曲线（ETABS）

3.3 小结

《高规》4.3.5-4条规定：当取三组时程曲线进行计算时，结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。对于结构的某些楼层，弹性时程分析得到的楼层剪力大于反应谱法分析得到的楼层剪力，在施工图设计时，要在X和Y两个方向分别设置地震作用放大系数。

4 结语

本文利用YJK和ETABS两款软件对一栋八度区的高层住宅进行了模拟，对其进行多遇地震下的反应谱分析和弹性时程法的分析。将两种软件得到的结果进行对比可得到如下的结论：

（1）该高层住宅结构布置合理，各部分构件能够满足抗震设计的第一阶段的要求。

（2）采用时程分析方法可以观测结构地震相应的全过程曲线，是反应谱方法的有效补充。结构在不同的地震波下响应差异较大，要注意地震波的选取过程和数量。

（3）施工图设计时，当反应谱法得到的楼层剪力小于于弹性时程分析结果的楼层，要在X和Y两个方向分别设置地震作用放大系数。