某高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能分析

摘 要：本文以武漢市某新建大型高檔住宅社區(qū)項(xiàng)目為例，利用ETABS軟件和SATWE軟件分別計(jì)算結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的反應(yīng)，對結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移和反應(yīng)進(jìn)行分析，判斷結(jié)構(gòu)在多遇地震作用時安全可靠。

關(guān)鍵詞：高層；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；多遇地震

1 概述

武漢某新建大型高檔住宅社區(qū)項(xiàng)目的1號樓的1-3單元層數(shù)為56層，平面呈現(xiàn)為“T”型，最大的長度為33米，最大寬度為20米，該樓41層處（標(biāo)高為128.45米）沿長度方向逐漸縮進(jìn)，建筑高度為180米。結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》的要求，該社區(qū)1號樓屬于超限高層建筑。同時，由于該樓的結(jié)構(gòu)平面和立面布置不規(guī)則，結(jié)構(gòu)有偏心現(xiàn)象，受力復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行地震模擬計(jì)算分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取合理的抗震措施提供依據(jù)。

2 工程概況

本文以該小區(qū)1號樓的1-3單元為研究對象，該結(jié)構(gòu)的地下部分為兩層，地上部分為56層，在本次的計(jì)算分析當(dāng)中，我們以地上部分為主要研究對象，進(jìn)行多遇地震下結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的彈性分析。

該結(jié)構(gòu)為全部落地的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級沿高度逐漸變化，混凝土強(qiáng)度等級沿高度變化見下表1。由上圖1可以看出，結(jié)構(gòu)在豎向管井、電梯間筒體、樓面外墻和部分內(nèi)隔墻處設(shè)置有剪力墻，樓蓋全部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)剪力墻的厚度為300毫米。該結(jié)構(gòu)的地上首層層高為5.5米，2-20層層高為3.1米，21-55層層高為3.2米，頂層層高為3.25米。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震設(shè)防烈度為6度，場地類型為Ⅲ類，建筑場地特征周期Tg為0.45s，結(jié)構(gòu)的彈性阻尼比ξ為0.05，結(jié)構(gòu)水平地震影響系數(shù)最大值 見下表2。

3 建模計(jì)算

本文利用SATWE和ETABS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行眾值烈度地震下反應(yīng)譜的分析，在進(jìn)行內(nèi)力建模分析時，梁柱采用框架單元進(jìn)行模擬，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板采用殼單元進(jìn)行模擬，為了考慮剪力墻進(jìn)行塑性時的性能，使用模擬框架來代替剪力墻。對于截面高度是h，寬度是b，厚度是t的剪力墻，模擬框架的計(jì)算見圖如圖2所示。

根據(jù)等效原則，使模擬框架和原有剪力墻的抗剪剛度、抗彎剛度及軸壓剛度相等，求出模擬框架柱子的慣性矩和面積、斜支撐及鏈桿的面積等結(jié)構(gòu)特征值。

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和周期參與系數(shù)

根據(jù)SATWE軟件的計(jì)算結(jié)果，可以得出考慮結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時的周期、結(jié)構(gòu)在X和Y方向的平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)表，見表3。由表可以看出，結(jié)構(gòu)在X方向的有效質(zhì)量系數(shù)是98.97%，在Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)是98.51%，都能夠滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的關(guān)于陣型參與質(zhì)量不小于結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%的規(guī)定，同時也可以說明，計(jì)算結(jié)果選用的結(jié)構(gòu)陣型數(shù)目足夠。

根據(jù)ETABS軟件的計(jì)算結(jié)果，可以得出結(jié)構(gòu)自振周期及結(jié)構(gòu)各模態(tài)（陣型）參與質(zhì)量比，見表3。

4.2 結(jié)構(gòu)位移計(jì)算結(jié)果

利用ETABS軟件和SATWE軟件分別計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，得出結(jié)構(gòu)的位移。

利用ETABS計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)在X方向地震作用下時，最大層間位移角為1/3289，最大位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)計(jì)算樓層的第39層，樓層的最大水平位移為40.5毫米，朝Y方向；結(jié)構(gòu)在Y方向地震作用下時，最大層間位移角為1/2173，最大位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)計(jì)算樓層的第47層，樓層的最大水平位移為60.1毫米，朝Y方向。

利用SATWE計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)在X方向地震作用下時，最大層間位移角為1/3317，最大位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)計(jì)算樓層的第44層，樓層的最大水平位移為37.2毫米；結(jié)構(gòu)在Y方向地震作用下時，最大層間位移角為1/2225，最大位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)計(jì)算樓層的第47層，樓層的最大水平位移為56.1毫米；兩個方向地震同時作用時，結(jié)構(gòu)在X方向的最大層間位移角為1/3287，最大位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)計(jì)算樓層的第44層，樓層的最大水平位移為36.5毫米，結(jié)構(gòu)在Y方向的最大層間位移角為1/2167，最大位移角發(fā)生在結(jié)構(gòu)計(jì)算樓層的第47層，樓層的最大水平位移為56.2毫米。

4.3 地震反應(yīng)譜分析

根據(jù)SATWE軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下的反應(yīng)譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)在X方向的最大反應(yīng)力為220.4kN，在Y方向的最大反應(yīng)力為236.2kN；在X方向的最大樓層剪力為3322.1kN，最大樓層位移為36.9mm，在Y方向的最大樓層剪力為3423.2kN，最大樓層位移為55.9mm；X方向的最大層間位移角為1/3317rad，Y方向的最大層間位移角為1/2204rad；X方向的最大樓層彎矩為315738.6kN·m，Y方向的最大樓層彎矩為288971.7 kN·m。

對比計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)配筋，及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下處于彈性變形的階段，結(jié)構(gòu)的位移和變形都能滿足要求。

5 結(jié)論

本文以武漢市某高層鋼筋混凝土住宅為例，介紹了工程結(jié)構(gòu)的基本情況，利用ETABS軟件和SATWE軟件分別計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，對該工程在多遇地震作用時的內(nèi)力和變形進(jìn)行了分析。從計(jì)算結(jié)果可以看出，這一高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在多遇地震時最大的層間位移角是1/2167，能夠滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的1/800限值的要求，結(jié)構(gòu)仍然處于彈性狀態(tài)，表明結(jié)構(gòu)在多遇地震下是安全可靠的。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]多層及高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性動力、靜力分析軟件用戶手冊編制原理.中國建筑科學(xué)研究院.

作者信息：鐘福平，男，福建武平人，1971年8月生，畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院工民建專業(yè)，本科學(xué)歷，高級工程師，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究工作。