堯帝祭祀大殿抗震性能化設計

康建群

(太原普可佳工程設計有限公司，山西太原 030001)

堯帝祭祀大殿抗震性能化設計

康建群

(太原普可佳工程設計有限公司，山西太原 030001)

介紹了堯帝祭祀大殿的工程概況，對該大殿進行了多遇地震、設防烈度和罕遇地震下的分析，并采用兩種軟件作了計算比較，均達到了建筑抗震設計規范要求的小震不壞、中震可修、大震不倒的設防目標。

祭祀建筑，抗震性能，側向剛度，地震波

1 工程概況

本工程為一祭祀建筑，位于臨汾市。由辦公區與祭祀區合為一體的建筑，仿漢唐建筑風格。總建筑面積為19 360 m2。按建筑功能分為地上6層，4層為祭祀區，其余層為辦公區和旅游區，詳見圖1～圖4。

圖1 1層、2層平面布置圖

圖2 3層平面布置圖

圖3 4層平面布置圖

1層、2層為98.0 m×67.0 m的大底盤，通過37.0 m長的露天樓梯上到2層(11.650 m)大平臺上。3層(16.450 m)收進尺寸為49.5 m×63.5 m。4層(高25.90 m～45.90 m)為祭祀區，平面尺寸42.3 m×42.3 m，其中間18.3 m×18.3 m范圍為800 t的佛像安放位置，本層挑高20.0 m，此范圍設了800 mm×1 000 mm的型鋼梁和1 000 mm×1 000 mm的型鋼柱。5層(高36.450 m)為佛像上空，四角分別為觀景亭，為控制本層的側向剛度，在36.450 m～41.850 m的四角處分別設置了4個“L”形柱間支撐。

圖4 立面圖

本工程抗震設防類別為丙類，設計使用年限為50年，抗震設防烈度為8度(0.20g)，地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.45 s。建設方要求按長久古建筑設計，所以采用框架—剪力墻結構。

2 超限界定

本工程按照《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》(建質［2015］67號)文件，有以下三項超限:1)第4層樓板開洞面積51%，大于40%的限值。2)第4層側向剛度小于第5層的50%，小于60%的最小限值。3)頂層外挑7.2 m，大于4 m的最大限值。

3 抗震設防性能目標

多遇地震下根據《抗規》，對主要結構及結構的主要構件進行了性能目標設計，見表1。

表1 抗震設防性能目標

4 多遇地震分析

4.1 小震下的計算分析

采用了兩種程序(SATWE和MIDAS)，經計算SATWE總質量為45 366.26 t，MIDAS總質量為45 868.59 t，還進行了小震和風荷載作用下的彈性計算分析，兩個程序計算結果基本一致(見表2～表4)。

表2 結構周期計算

表3 地震作用及風荷載

表4 地震作用下最大層間位移角和最大扭轉位移

4.2 彈性時程補充計算

根據JGJ 3—2010高規5.1.13條規定，采用SATWE進行計算，建立分層模型，將各層的質量集中于樓層處，形成彈性多質點體系，然后輸入三條地震波進行受力分析。一條為人工波RH3TG035，另兩條為 SATWE程序提供的天然波KAR-3，THTG035，取峰值加速度為70gal，控制點阻尼比取0.05。結果如表5所示。

表5 彈性時程分析結果比較表

4.3 多遇地震小結

1)經計算表明，兩個軟件得到的結構動力特性基本一致，結構的地震反應、樓層剪力、樓層傾覆彎矩、層間位移角、扭轉位移比、層抗側剛度等計算結果基本吻合。

2)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%，三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)從彈性動力時程結果圖中可以看出，CQC法的層間剪力曲線在結構中大部分樓層均大于三條地震波對應的平均層間剪力曲線，在設計中采用CQC法進行結構設計是偏于安全的。

5 中震分析

5.1 中震不屈服的參數取值

按設防烈度輸入地震影響系數αmax=0.45，荷載分項系數為1.0，取消組合內力調整(取消強柱弱梁，強剪弱彎等的調整)，地震作用調整系數取為1.0，混凝土強度和鋼材強度均取標準值。

5.2 中震不屈服驗算與中震時程分析的比較

為保證中震不屈服驗算結構受力大小的準確性，用SATWE對結構模型進行中震時程分析數據與中震不屈服驗算進行比較(見表6)，從結構的兩個水平主軸方向分別輸入地震波，地震波取RH3TG035，KAR-3，TH4TG035。峰值加速度取200gal，控制點阻尼比取0.05。

表6 中震時程分析與中震不屈服驗算結果比較表

5.3 中震計算結果分析及措施

中震時程分析與中震不屈服驗算結果較為接近。在設防烈度地震作用下(αmax=0.45)，結構在中震不屈服X向、Y向地震驗算中，存在部分剪力墻施工縫驗算超限現象。部分鋼筋混凝土框梁超筋。對超筋剪力墻端部增設型鋼柱，以提高L形剪力墻變形能力。剪力墻采用多遇地震與中震不屈服計算的較大值進行配筋設計。對超筋梁，柱改用型鋼梁柱，按中震彈性計算結果進行配筋計算，可以滿足“中震可修”的抗震設防目標。

6 罕遇地震彈塑性動力分析

6.1 大震分析參數及整體分析結果

用EPDA軟件對結構模型進行大震時程分析，從結構的兩個水平主軸方向(X，Y)分別輸入地震波，根據《高規》對選波的規定，按建筑場地類別和所處地震動參數區劃的特征周期分區選用了兩條實際地震記錄和一條人工模擬的加速度時程曲線，并符合其“平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符”的原則。按照8度罕遇烈度進行彈塑性動力時程分析，輸入地震波峰值加速度為400gal，計算持時取地震波記錄前12 s，地震波時間步長0.02 s，分別進行計算(見表7，表8)。

表7 輸入大震地震波時結構的整體分析結果

表8 輸入大震地震波時結構的層間位移角計算結果

6.2 大震下結構的損傷及大震動力時程分析結果

結構損壞最嚴重的第二條地震波TH4TG035，首先第5層鋼筋混凝土梁在250步左右出鉸;接著底層外圍L形剪力墻先出現塑性鉸，隨后頂層部分斜撐壓曲破壞，同時鋼筋混凝土梁大量出鉸;在380步左右，4層型鋼梁端部出鉸;最后在500步左右時，底部剪力墻開裂。X，Y方向分別輸入地震波，整體結構損傷順序較為接近。三條地震波輸入時，結構樓層的最大層間位移角分別是1/235(X向)，1/244(Y向)，滿足規范1/100的限值要求，即滿足“大震不倒”的抗震性能目標要求。

7 加強措施

本工程結構平面不規則、豎向不規則，采取以下加強措施:

1)剪力墻采用小震與中震不屈服計算的較大值進行配筋設計。型鋼梁、型鋼柱按中震彈性計算結果進行配筋計算，符合本工程的抗震性能目標要求，并保證整體結構具有良好的耗能機制。

2)用EPDA進行了大震彈塑性動力時程分析。控制結構最大彈塑性位移角小于1/100，保證結構的抗倒塌能力。控制整體結構在大震作用下，受力較小的梁先出鉸，遵循“強柱弱梁”原則，形成良好的梁鉸耗能機制。以滿足規范“大震不倒”的抗震設防要求和本工程的抗震性能目標要求。

3)對受力較大的柱子、剪力墻端部及受力較大的框梁采用內配型鋼，提高豎向構件的延性。

4)剪力墻、框架的抗震等級比規范要求分別提高一級。控制剪力墻和框架柱的軸壓比遠小于規范限值。針對結構薄弱部位的底部剪力墻，采取比規范更嚴格的配筋構造。剪力墻全部采用約束邊緣構件，并提高約束邊緣構件的體積配箍率，提高剪力墻豎向、水平筋配筋率。

5)長懸挑屋檐采用三角桁架結構，在PMSAP中進行空間有限元計算，并手工按平面桁架復核。抗震驗算時考慮豎向地震作用，確保長懸挑構件的安全性和可靠性。

［1］GB 50011—2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］GB 50223—2008，建筑工程抗震設防分類標準［S］.

［3］JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構設計規范［S］.

［4］建質［2015］67號，超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點［Z］.

［5］GB 50010—2010，混凝土結構設計規范［S］.

［6］JGJ 138—2001，型鋼混凝土組合結構設計規范［S］.

Design of worship hall seismic performance of emperor Yao

Kang Jianqun
(Taiyuan Pukejia Engineering Design Co.，Ltd，Taiyuan 030001，China)

The paper introduces emperor Yao worship hall engineering conditions，analyzes its frequent seismic，fortification intensity，and rare seismic conditions，makes a computation comparison by applying two kinds of software，and achieves the building anti-seismic design regulations and reaches the fortification targets of no-damage in small earthquake，repairable under moderate earthquake and no-collapse under strong earthquake.

worship building，seismic performance，lateral rigidity，seismic wave

TU352

:A

1009-6825(2016)36-0048-03

2016-10-15

康建群(1964-)，女，工程師