超高層建筑抗震分析要點(diǎn)研究

吳燕妹

摘要：近年來(lái)，伴隨我國(guó)城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，我國(guó)城市建筑逐漸向著高層化方向發(fā)展。考慮到高層建筑甚至超高層建筑項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，應(yīng)重點(diǎn)評(píng)估其抗震性能，并采取有效的抗震設(shè)計(jì)措施。文章以實(shí)際工程建筑入手，在對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)布置與體系詳實(shí)分析的基礎(chǔ)上，提出建筑超限設(shè)計(jì)方法，并給出主要抗震計(jì)算結(jié)果，以提升超高層建筑總體抗震性能。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；抗震；建筑超限設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU973.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2017）02-0133-01

引言

面對(duì)災(zāi)難，我們應(yīng)該重視一個(gè)非常重要的問題，那就是建筑物防震問題。地震專家通過(guò)對(duì)歷次地震的分析得出：人員傷亡總數(shù)的95%以上是由房屋倒塌造成的，僅有不足5%的人員傷亡是直接由地震及地震引發(fā)的水災(zāi)、山體滑坡等導(dǎo)致的。不論是汶川地震或者玉樹地震，我們都能看到，一些房屋的整體結(jié)構(gòu)保持完好，沒有大的問題，而另外一些房屋則完全成為廢墟，人員傷亡慘重。之所以造成這種差異，就在于所建住房抗震能力的不同。我國(guó)把地震烈度分為12度來(lái)表示，建筑的防震措施主要應(yīng)用于6度至10度地區(qū)。在1976年唐山大地震以后，我國(guó)對(duì)城市建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)范。

1.工程概況

本超高層建筑集商業(yè)、辦公等功能于一體的商業(yè)綜合體建筑，地上建筑部分高168米，共計(jì)38層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.2米，地下2層為車庫(kù)、儲(chǔ)藏間，該高層建筑占地面積共計(jì)78920平方米。該建筑基礎(chǔ)樁承載力為7500KN，樁尺寸為L(zhǎng)=50m，D=1000m，地上部分結(jié)構(gòu)體系為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)，地上有塔樓的地下室為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)，地上無(wú)塔樓的地下室為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。在抗震等級(jí)要求方面，抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防乙類，設(shè)防烈度為七度。地上部分塔樓及其相關(guān)范圍抗震等級(jí)為l級(jí)，地上有塔樓的地下室及其相關(guān)范圍抗震等級(jí)為1級(jí)，地上無(wú)塔樓的地下室部分抗震等級(jí)為4級(jí)。

2.工程結(jié)構(gòu)布置與體系

本項(xiàng)目工程結(jié)構(gòu)與布置特點(diǎn)見下表所示：

在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，利用PKPM進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)模型的建立，對(duì)于構(gòu)件間組合應(yīng)力通過(guò)等效彈性模式算得，并自定義地震影響系數(shù)以及場(chǎng)地特征周期等參數(shù)。結(jié)構(gòu)分析計(jì)算以地震多發(fā)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，并通過(guò)非線性分析方法對(duì)于模型計(jì)算的可靠性進(jìn)行估測(cè)及校核。在TAT計(jì)算模塊的基礎(chǔ)上，通過(guò)SATWE彈性時(shí)程分析法進(jìn)行場(chǎng)地波的模擬分析，依據(jù)預(yù)定目標(biāo)的設(shè)定值進(jìn)行承載力以及抗剪截面的校核，在經(jīng)歷彈塑性分析方面，通過(guò)彈性地震力以及倒三角荷載等兩類加載方式對(duì)荷載工況進(jìn)行譜曲線的分析，以得到其性能曲線。

3.建筑超限設(shè)計(jì)方法

在建筑超限設(shè)計(jì)中，性能目標(biāo)的確定問題為需解決的關(guān)鍵性問題，在性能目標(biāo)的確定方面，需依據(jù)實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)進(jìn)行合理確定，將性能目標(biāo)等級(jí)依據(jù)結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)分為A-E等5類，包括大震彈性、中性彈性設(shè)計(jì)、重要部位彈性設(shè)計(jì)、重要部位不屈服設(shè)計(jì)以及允許屈服設(shè)計(jì)等。同時(shí)，結(jié)構(gòu)整體分析方法依據(jù)《超限高層建筑抗震設(shè)計(jì)指南》確定：對(duì)于超限高層的計(jì)算依據(jù)其高度的差異合理選用合適的分析方法，如200米以下可運(yùn)用靜力彈塑性分析，當(dāng)超過(guò)200米宜采用彈塑時(shí)程分析法；且中震或大震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮剛度退化現(xiàn)象，注意“阻尼比”調(diào)整，也可采取增大連梁剛度折減系數(shù)法避免構(gòu)件性能對(duì)于系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的影響。彈塑性分析要求方面，需進(jìn)行非線性地震反應(yīng)分析。

4.主要抗震計(jì)算結(jié)果

4.1多遇地震作用計(jì)算結(jié)果

建筑結(jié)構(gòu)剛度及承載荷載分布均勻，無(wú)轉(zhuǎn)換層，整體性較好，自振周期扭轉(zhuǎn)性能較好；結(jié)構(gòu)層間位移能夠滿足防震規(guī)范要求，在多遇地震的作用下，有效質(zhì)量系數(shù)等參數(shù)與防震規(guī)范等要求均有較好的一致性。

4.2時(shí)程分析結(jié)果

經(jīng)數(shù)值計(jì)算結(jié)合軟件圖像分析，整理時(shí)程分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及位移平均值的變化規(guī)律，采用的方法可以選用振型分解反應(yīng)譜法亦或是彈性時(shí)程分析法，依據(jù)分析結(jié)果，繪制彈性地震力下能力譜一需求譜曲線，分析位移角與體系周期間的關(guān)系。

5.結(jié)語(yǔ)

在超高層建筑的防震設(shè)計(jì)上，需依據(jù)具體建筑結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)體系布置初分析，在超限設(shè)計(jì)中，需合理確定其性能目標(biāo)，合理進(jìn)行防震等級(jí)的確定，結(jié)合計(jì)算軟件進(jìn)行防震的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不斷提升超高層建筑的防震性能。