建筑工程論文范文高層結構抗震設計

　　[摘 要] 主要介紹了某B級高度超高層辦公樓項目的結構布置，抗震計算分析及結構概念設計。針對其超高的超限特點，采用基于性能的抗震設計，經多模型，多軟件的彈性比較分析及動力彈塑性補充計算，保證設計能夠覆蓋結構的各種實際受力狀態。使結構的抗震性能滿足規范及性能目標的要求。

　　[關鍵詞] 超限高層,抗震性能目標, 彈性分析,動力彈塑性分析,職稱論文網

　　0 工程概述

　　本工程為一棟36層辦公樓，地下設有2層地下室，總高度147.80 m。屬超高層一類建筑，耐火等級為一級。

　　此工程結構采用框架-核心筒結構，為B級高度鋼筋混凝土高層結構，其結構圖詳圖1.

　　工程設計年限50年，地震烈度7度，設計地震分組為第一組，基本加速度值為0.10g[1]。根據

　　《鋼筋混凝土高層建筑設計規范》[2](以下簡稱

　　《高規》)，框架及筒體抗震等級為一級。

　　根據《廣東省實施〈高層建筑混凝土結構技術規程〉(JGJ 3-2002補充規定》[3]，變形驗算按50年重現期風荷載，基本風壓值Wo=0.55KN/㎡;強度驗算按100年重現期風荷載，基本風壓值Wo=0.605KN/㎡。地面粗糙度為C類，風載體形系數取μs=1.4。

　　基礎采用人工挖孔樁。樁端持力層選用中風化或微風化花崗巖層，樁端承載力特征值為6500，12000kPa。樁徑主要為1.0～2.2m，樁長約13～39m。樁基的安全等級為一級。

　　本工程場地地震安全性評價報告提供的多遇地震影響系數取值大于規范值,為安全起見,本工程多遇地震反應譜部分采用安評報告提供的數值進行計算，設防地震和罕遇地震仍按規范值計算。

　　1 超限類型及工程抗震性能目標

　　(1)塔樓高度143.40m，為超B級高度;

　　(2)扭轉不規則，樓層最大彈性層間位移與平均值的比值為1.30，大于1.20;

　　根據以上超限判定，對應的各類型結構構件抗震性能目標見表1。

　　2 彈性計算結果及分析

　　采用SATWE及ETABS兩個軟件進行多遇地震下的彈性計算分析。計算中考慮偶然偏心，雙向地震及扭轉耦聯影響。兩種程序計算結果基本一致，周期比、層間位移角、最大扭轉位移比、層間剛度比及樓層受剪承載力比等指標均滿足規范要求，說明計算模型能較好的反應結構在風及地震作用下的彈性受力性能。表2為計算結果部分數據，剪重比按規范調整后為1.6%。

　　采用SATWE軟件按建筑場地類別和設計地震分組，選用五組天然地震波和二組人工模擬地震波進行結構彈性時程分析，分析結果詳表3。

　　計算結果表明，每條時程曲線計算所得結構基底剪力均大于振型分解反應譜法的65%，七條時程曲線計算所得結構基底剪力的平均值大于振型分解反應譜法的80%，地震波的選擇滿足規范要求。

　　3中震設計

　　中震設計以基本烈度地震參數輸入結構進行抗震分析，結構的內力調整系數取1.0;中震不屈服設計時，荷載分項系數和材料分項系數取1.0;中震彈性設計時荷載分項系數和材料分項系數按規范取值。

　　采用SATWE軟件進行計算，框架柱在設防地震作用下計算配筋與多遇地震作用時基本相同，提高縱筋最小配筋率和最小體積配箍率進行配筋，在設防地震作用下，框架柱可保持彈性狀態;落地剪力墻在設防地震作用下，豎向鋼筋計算配筋偏大，提高剪力墻約束邊緣構件配筋率進行配筋，能滿足設防目標要求;連梁及普通框架梁，設防地震作用下大部分計算配筋比多遇地震時大，部分連梁及框架梁超筋，梁端出現屈服，設計時適當加強配筋，特別是箍筋，以保證梁的屈服性質是具有延性的抗彎屈服。

　　4罕遇地震下動力彈塑性分析

　　非線性動力時程分析是進行結構非線性地震反應分析最完善的方法。這種動力分析方法除去了非線性靜力推覆分析方法的局限性，可以準確體現高振型的影響, 也能夠正確地自動地對多向地震輸入的效應進行迭加組合。

　　在分析中，重力荷載的施加與地震波的輸入將分兩步進行。第一步，施加重力荷載的代表值。

　　第二步，施加地震作用，地震加速度時程作用在地面結點上，沿整體坐標系的X方向或Y方向。在時程分析中，主方向與次方向的峰值加速度的比值為1.0 : 0.85。

　　為進行結構的非線性地震反應分析，本工程采用軟件MIDAS Building驗算結構在罕遇地震作用下的結構抗震性能，考察其是否能夠滿足結構抗震性能目標。

　　MIDAS Building的非線性梁柱單元使用了準確性較高的柔度法，可以使用較少的單元得到準確的結果。本工程對混凝土梁柱構件采用修正武田三折線滯回模型。混凝土墻采用纖維模型模擬，墻豎向纖維數量取5、水平纖維數量取3，混凝土材料的本構關系選擇混凝土結構設計規范附錄C中單軸受壓曲線;鋼材默認選擇雙折線本構;剪切特性默認取三折線類型。利用應變等級定義混凝土材料所處的受力狀態級別，第1等級可認為是彈性狀態，第2等級可認為是開裂狀態，第3等級可定義為屈服狀態，第4等級可認為是屈服后狀態，第5等級可認為是極限狀態。

　　塔樓梁鉸及墻鉸分布圖詳圖2~3。各類構件塑性鉸的發展過程：1.梁鉸首先在中下部洞口連梁位置出現，隨即次梁出現塑性鉸，然后沿樓層方向發展;2.柱鉸首先在裙房柱和上部樓層出現，然后沿樓層方向發展;3.墻鉸首先在樓層中下部洞口上部墻肢出現，并沿樓層方向逐漸展開。出鉸情況表明，在罕遇地震作用下，剪力墻承擔了絕大部分的地震作用，結構整體上處于塑性發展階段的初期，結構整體上滿足“大震不倒”的性能目標。

　　5超限結構抗震加強措施

　　針對本工程超限情況，采取了以下措施：

　　(1)根據抗震概念設計及大震彈塑性分析的結果對關注部位采取適當構造。

　　(2)結合風荷載下強度需要，對部分連梁加強構造，保證連梁的抗剪承載能力。

　　(3)加強周邊框架梁剛度。

　　(4)對混凝土剪力墻，按照規范規定設置邊緣約束構件和構造邊緣構件。

　　(5)嚴格控制框架柱和底部加強區核心筒墻體的軸壓比。

　　(6)裙樓雙筒間樓板加厚，并采用雙層雙向配筋，每層單向配筋率不應小于0.25%。

　　6結語

　　該工程屬于超限高層建筑，對關鍵構件設定了三水準抗震性能目標。在設計過程中，采用多個程序對結構進行了彈性，彈塑性計算分析，除保證結構在小震及風荷載作用下處于彈性狀態外，補充了關鍵構件在中震和大震下的驗算，并對重要構件采取了加強措施，實現了預期的性能目標，滿足規范要求。

　　參考文獻：

　　[1] GB50011-2010 建筑抗震設計規范 [S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

　　[2] JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

　　[3] DBJ/T 15-46-2005 廣東省實施《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)補充規定[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2005.