某框支剪力墻超限高層大震彈塑性分析

孫 方

四川海辰工程設(shè)計研究有限公司 四川 綿陽 621000

一、工程概況：

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本工程效果圖如下：

結(jié)構(gòu)基本參數(shù)

二、結(jié)構(gòu)性能目標

本工程結(jié)構(gòu)高度為116.55米，屬于大于7度區(qū)A級高度100米限值，小于B級最大適用高度120米限值，依據(jù)JGJ3-2010第3.11.1條及條文解釋，本工程結(jié)構(gòu)抗震性能目標定為D級，關(guān)鍵構(gòu)件的性能目標提高至C級，同時將關(guān)鍵構(gòu)件中的框支框架性能水準提高為中震彈性、大震不屈服，將關(guān)鍵構(gòu)件中的底部加強區(qū)的剪力墻性能水準提高為中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服；大震不屈服。具體如下：

表2 -1 各構(gòu)件抗震性能目標

三、結(jié)構(gòu)動力彈塑性分析目的

1、通過層間位移角的分布及最大值判定該結(jié)構(gòu)在大震作用下是否滿足不倒塌的抗震設(shè)計目標。

2、通過結(jié)構(gòu)頂點而位移時程曲線判斷結(jié)構(gòu)整體剛度的退化程度并推測結(jié)構(gòu)的塑性損傷程度。

3、了解結(jié)構(gòu)塑性鉸的形成規(guī)律和構(gòu)件損傷特性，復(fù)核構(gòu)件的性能水準是否滿足預(yù)定的性能目標要求。

4、發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱部位或構(gòu)件，并針對分析結(jié)果中揭示的設(shè)計問題提出適當?shù)母倪M或加強建議。

四、動力彈塑性時程分析的技術(shù)條件

本工程采用SAUSAGE（2018版）進行罕遇地震動力彈塑性時程分析復(fù)核，具體技術(shù)條件見軟件說明書。

五、地震波選取

采用SAUSAGE自帶的地震波庫，參考小震選波的原則即和振型分解法所采用的反應(yīng)譜“在統(tǒng)計意義上相符”選取了兩組天然波，一組人工波，具體如下：

表5 -1：分析工況信息分析工況信息表

地震波曲線如下：

六、位移結(jié)果

1、層間位移角及頂點位移

每組地震波作用下結(jié)構(gòu)的頂部位移及層間位移角見表10-3，結(jié)構(gòu)的位移曲線見圖11-8。

表6 -1 地震動作用下彈塑性大震位移、層間位移角表格

由上表知：結(jié)構(gòu)在X方向的層間位移角最大值為1/195，出現(xiàn)在19層；結(jié)構(gòu)在Y方向的層間位移角最大值為1/214，出現(xiàn)在27層。結(jié)構(gòu)在X、Y兩個方向?qū)娱g位移角均滿足抗震性能目標1/120的限值要求。

不同波組對應(yīng)的位移曲線

七、剪力結(jié)果

1、基底剪力

每組地震波作用下結(jié)構(gòu)的基底剪力最大值見下表：

表7 -1 每組地震波的最大基地剪力與相應(yīng)的剪重比

※大震基底剪力，約為小震反應(yīng)譜剪力5.60～6.46倍，可說明大震作用下結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展不大，也可證明大震下的地震波選擇是合理的，能夠反映相應(yīng)等級地震的作用[1]。

八、結(jié)構(gòu)最終結(jié)構(gòu)鉸分布圖

1、框架梁塑性鉸

在教學(xué)方法中，以案例教學(xué)為主線，綜合運用了傳統(tǒng)的講解式、新穎的PBL教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)等。在教學(xué)氛圍中以鼓勵和引導(dǎo)為主，讓實習生在輕松、愉悅的環(huán)境中學(xué)習和成長。

※由上述圖知：結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展為剪力墻連梁首先開裂，梁鉸明顯。

2、框架柱塑性鉸

※由上述圖知：框架柱基本為輕微破壞。

3、剪力墻性能水平

※由上圖知：作為耗能構(gòu)件的連梁損傷嚴重，符合性能目標D的要求；關(guān)鍵構(gòu)件中除個別（面積占比小于5%）墻體為中等～重度破壞外，其余關(guān)鍵構(gòu)件為輕微～輕度破壞，滿足預(yù)定的性能目標，高于性能目標D的要求。

九、罕遇地震作用下彈塑性時程分析結(jié)論

1、主體結(jié)構(gòu)在各組地震波作用下的X向最大彈塑性層間位移角為1/195，Y向最大彈塑性層間位移角為1/214，且無突變，滿足“大震不倒”的設(shè)防要求；

2、整體結(jié)構(gòu)在罕遇地震時程作用下，其彈塑性發(fā)展歷程為：在罕遇地震下結(jié)構(gòu)連梁最先出現(xiàn)塑性鉸，隨著地震波加速度的增大，較多的連梁發(fā)生塑性變形并逐步累積耗能；極少量結(jié)構(gòu)框架梁、柱開裂至進入屈服狀態(tài)；地震輸入結(jié)束時絕大部分剪力墻未進入屈服狀態(tài)，只有少數(shù)剪力墻中度破壞。

4、設(shè)計采用型鋼混凝土柱、部分受力較大的及支承框支次梁的框支梁采用型鋼混凝土梁、部分剪壓比較大的墻采用鋼板混凝土剪力墻等加強措施能有效保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水準、整體結(jié)構(gòu)的性能目標。

綜上，通過對結(jié)構(gòu)的大震動力彈塑性時程分析，本結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的彈塑性反應(yīng)及破壞機制合理，符合結(jié)構(gòu)抗震工程的概念設(shè)計要求，能達到預(yù)期的抗震性能目標。

十、結(jié)合罕遇地震作用下彈塑性時程分析結(jié)果需采取的結(jié)構(gòu)措施

1、本結(jié)構(gòu)連梁破壞嚴重，施工圖設(shè)計時將采取相關(guān)加強措施，確保其破壞后承擔豎向荷載的能力，并將部分連梁改為型鋼混凝土連梁，按大震不屈服設(shè)計。

2、將關(guān)鍵構(gòu)件中個別性能水準為中等破壞的剪力墻采用鋼板剪力墻加強，確保其達到大震下性能水準4的要求。