某超高層商住樓的抗震性能研究

馮河清

（廣東順建規劃設計研究院有限公司，廣東 佛山 528000）

近年來頻繁出現的地震災害使得樓房的安全性能成為人們普遍關注的問題之一，對于高層商住樓來說更是如此，樓房的抗震性能直接關系到居民的安全問題。因此，對樓層進行動力彈塑性時程分析，研究樓層的抗震性能具有重要意義。

1 結構特點

本研究中所研究的樓層高達50層，樓層中有住房也有商用房，結構高度為237m，其結構形式為鋼筋混凝土柱框筒，其平面尺寸達65m×44m。由于該商住樓的高度超過了150m，也就是最大的抗震高度，該樓層的抗震性能就無法保證。因此，我們必須分析該樓層的性能，確保樓層的抗震能力，本文采取動力彈塑性時程分析方法評價該樓層的抗震性能。

2 動力彈塑性時程分析

當前，最可靠、最精確的結構彈塑性分析方法就是時程分析法，因為這種方法不僅能夠定性分析建筑結構，還能得出地震發生時，樓層結構的真實反應。彈塑性時程分析方法的原理就是將樓層的結構當成一個振動體系，然后將實際地震時采集到的或人為編制的地震波數據輸入到彈塑性振動體系中，進行逐步積分計算，得出在輸入地震波后，在地面隨著時間加速的過程中，結構內力與變形隨時間的變化情況，以此來評價樓房的抗震性能。

對樓層進行彈塑性動力時程分析的優點：

在分析的過程中，輸入彈塑性振動體系的是地震波的數據，因此，在輸入地震波后，結構隨之發生變化，這種變化就是地震發生后，結構隨時間的變化情況，具體的變化有內力、形變和損傷狀態等；許多彈塑性動力時程分析程序能夠定義材料的本構關系，可以模擬任何結構，分析結構的彈塑性能；對于帶剪力墻的結構，采用彈塑性動力時程分析得出的結果更準確、可靠。

2.1 彈塑性動力分析的基本方法

實際分析時，樓層結構的彈塑性分析有以下一個步驟：2.1.1 建立模型

獲取結構的數據以及結構的特征，根據這些資料對樓層的結構特點進行分析，根據分析的結果建立合適的幾何模型；2.1.2 定義材料的本構關系

建立好幾何模型后，對材料的本構關系進行定義，確定結構中相關參數的類型和值；

2.1.3 把地震波數據輸入地震波數據幾何模型中

初始條件設置好后，將事先準備好的地震波數據輸入幾何模型中，軟件開始對結構的性能進行計算；

2.1.4 評估

得出計算結果后，對其進行分析和處理，根據處理得出的結果對結構的性能進行評估。

2.2 力學模型

本設計中我們采用的分析軟件是MIDAS Building，該軟件能夠提供適合鋼筋混凝土結構動力彈塑性分析的混凝土彈塑性損傷模型以及鋼筋單元。計算過程中，為了節約時間和空間，減少計算量，本分析中的一維構件均采用塑性鉸模型，而對于剪力墻均采用纖維模型。

對于剪力墻構件，我們需要事先定義網格尺寸，然后軟件會根據定義好的尺寸將剪力墻構件分成許多個墻元，再根據定義好的橫豎向纖維數量定義每個墻元的纖維單元。

本次分析中，采用的纖維模型為日本混凝土規范的滯回模型，鋼筋采用的是雙折線滯回模型，梁所采用的模型是MM 塑性鉸模型，柱所采用的模型是PM 相關的塑性鉸模型，梁柱鉸特性值均采用修正的武田三折線模型。

2.3 計算條件

在程序中，將彈塑性時程分析時的初始狀態設置為“使用初始荷載：1×DL＋0.5×LL”。總共選取三組地震波，其中兩組為天然波，一組為人工波，將這三組地震波分別輸入結構中，進行分析。同時，為了驗證程序分析的準確性以及確保數據分析的有效性，進行了一組彈性計算，與程序分析出來的結果進行比較。

2.4 計算結果及評價

設置好初始條件后，采用Building程序對某超高層商住樓的結構進行了地震下的彈性分析，得到計算結果如表1所示，將該數據與現行規范進行對比，得出該結構的抗震性能滿足抗震要求。

表1 整體計算結果表

發生大地震時，該樓層的結構X方向的最大位移為525mm，最大層間位移角為1/356，小于1/100，滿足要求；層間位移角曲線在19層和44層發生了突變，但是這些突變小于規定值，滿足要求。

3 結論

樓層結構的抗震性能越來越受到人們的關注，對于超高樓層來說，其抗震性能更是重要。對樓層進行動力彈塑性分析能夠幫助設計人員找到結構設計的缺陷，合理評估結構的抗震性能，以便修正設計，增加結構的安全性能，使結構安全合理。

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[2]史慶軒，門進杰，王偉，侯煒.基于纖維模型的鋼筋混凝土核心筒彈塑性分析[J].工程抗震與加固改造，2009（06）.