深圳某超高層建筑的超限可行性分析

摘 要 以深圳市某平面不規(guī)則的高層建筑為分析對象，對結(jié)構(gòu)進行了彈性時程分析，同時還對結(jié)構(gòu)整體以及薄弱連接處進行了設(shè)防地震下的驗算。在罕遇地震下，對結(jié)構(gòu)進行了動力彈塑性分析。按照小中震設(shè)計和大震復(fù)核的基本思路分析，結(jié)果表明，工程能滿足擬定的抗震性能目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 多遇地震;薄弱連接區(qū);罕遇地震;性能目標(biāo)

Abstract The analysis object is a high-rise building with characteristics of irregular plane in Shenzhen. The elastic time history analysis of the structure was carried out， and the whole structure and weak joints were also checked under the fortification earthquake. Under rare earthquakes， dynamic elastoplastic analysis of the structure was carried out. According to the analysis of the basic ideas of the design of small earthquakes and the review of large earthquakes， the results show that the project can meet the proposed seismic performance targets.

Key words Frequently occurred earthquake; Weak area; Rare earthquake; Performance objectives

1工程概況

本工程位于廣東省深圳市南山區(qū)。本工程為Ⅲ類場地，抗震設(shè)防烈度是7度，設(shè)計地震分組為第一組。本工程為帶局部轉(zhuǎn)換的剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為119.3m，地下一層板面為嵌固端，地下四層為甲類人防地下室，地上設(shè)28層，地下4層，但抗震墻轉(zhuǎn)換率不超過10%。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，建筑樁基安全等級為二級。基礎(chǔ)擬采用沖孔灌注樁，以中風(fēng)化巖為持力層，樁徑φ1200～2200，底板厚度取1000mm。

2彈性時程分析

選取七條地震波對該結(jié)構(gòu)進行小震彈性時程分析，其中2條為場地人工波，其余5條為天然波。從主要計算結(jié)果中可以看出，在結(jié)構(gòu)的中下部，振型分解反應(yīng)譜法的層間剪力均大于采用時程分析法求解得出的平均層間剪力，但在結(jié)構(gòu)頂部，時程分析法求解得出的結(jié)果稍大，可能會使結(jié)構(gòu)頂部產(chǎn)生鞭梢效應(yīng)，所以在采用振型分解反應(yīng)譜法進行結(jié)構(gòu)彈性分析時，宜考慮高振型給結(jié)構(gòu)頂部帶來的不利影響[1]。

3設(shè)防地震分析

在設(shè)防地震作用下，為了準(zhǔn)確模擬計算，用纖維單元模型的XTRACT程序采用平截面假定方法進行構(gòu)件截面承載力計算。PMM曲線為軸力和兩個方向彎矩的內(nèi)力組合設(shè)計值和該位置截面承載力的比值，水平軸為彎矩比值，豎軸為軸力比值，通過將內(nèi)力組合設(shè)計值和截面承載力進行對比，將截面任意方向正則化，從而將三維PMM曲線表達為在二維平面圖，圖中的圓線（半徑為1.0）為承載力最大值，內(nèi)力組合值在圓中表示PMM承載力滿足中震彈性要求。

如圖1為在設(shè)防地震作用下，典型截面柱的承載力驗算結(jié)果，分析可得，典型截面轉(zhuǎn)換柱承載力可以滿足性能目標(biāo)的要求;落地剪力墻抗彎承載力驗算如圖2所示，落地剪力墻抗彎承載力有較大富余，滿足中震不屈服要求[2]。

4樓板應(yīng)力分析

采用彈性反應(yīng)譜方法和彈性時程分析法分別計算彈性樓板應(yīng)力。樓板在X向地震作用下拉應(yīng)力均在1.43MPa以下，低于混凝土抗拉強度設(shè)計值。

結(jié)構(gòu)存在細腰區(qū)域如圖3，該區(qū)域的兩端連接著兩個主體結(jié)構(gòu)，在地震作用下，該細腰區(qū)域有可能會先于豎向抗側(cè)力構(gòu)件發(fā)生破壞，將會直接導(dǎo)致其兩端連接著兩個主體結(jié)構(gòu)成為兩個獨立的塔樓，完全改變了整體結(jié)構(gòu)的動力特性，較大程度降低了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，所以對該薄弱區(qū)域的樓板進行應(yīng)力分析非常必要。

根據(jù)應(yīng)力云圖可以看出，在設(shè)防烈度地震和罕遇地震作用下，大部分樓板面內(nèi)應(yīng)力均滿足相關(guān)規(guī)范要求，是因為加厚了轉(zhuǎn)換部分的樓板，減少轉(zhuǎn)換部分的樓板開洞，充分發(fā)揮樓板的整體性。細腰區(qū)域內(nèi)的樓板，局部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，其薄弱部位的樓板拉壓應(yīng)力均滿足要求;在細腰區(qū)域，雖然樓板局部開洞較大，在樓板開洞邊緣處合理設(shè)置一定的剪力墻與連梁，在薄弱部位的樓板開洞處可以極大提升結(jié)構(gòu)整體性。

5罕遇地震作下非線性地震反應(yīng)分析

5.1 材料本構(gòu)模型

在Abaqus中能夠有效模擬結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的受力性能，合理選擇材料本構(gòu)關(guān)系非常重要，其中本工程混凝土材料本構(gòu)關(guān)系采用單軸受壓下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，鋼筋采用雙折線本構(gòu)模型，鋼筋混凝土構(gòu)件采用了修正武田三折線，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件則采用了標(biāo)準(zhǔn)雙折線滯回模型，剪力墻單元采用理想彈塑性雙折線本構(gòu)模型。

5.2 計算結(jié)果

圖4-5分別為罕遇地震下結(jié)構(gòu)的損傷情況，結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，連梁首先屈服，框架梁部分屈服;墻體損傷較小。可以看出，連梁首先屈服，框架梁部分屈服，達到了結(jié)構(gòu)在大震作用下的耗能作用，大部分剪力墻未進入屈服階段，其損傷較小，有效地保護了整體結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件能夠繼續(xù)承擔(dān)豎向荷載，符合“強柱弱梁”抗震概念設(shè)計的要求。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)最大層間變形滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)滿足“大震不倒”的要求。

6結(jié)束語

按照對整體結(jié)構(gòu)小中震設(shè)計和大震復(fù)核的基本思路分析，同時，還對結(jié)構(gòu)及薄弱連接處進行了設(shè)防地震下的驗算，結(jié)果表明帶局部轉(zhuǎn)換層、平面不規(guī)則的高層結(jié)構(gòu)按照多遇地震彈性設(shè)計時能夠規(guī)范滿足，結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下能滿足擬定的抗震性能目標(biāo)。

參考文獻

[1] 佚名.深圳寶吉項目三期工程場地地震安全性評價報告[R].廣州：廣東省工程防震研究院，2012.

[2] 佚名.廣東省超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查實施細則[R].廣州：廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2013.

作者簡介

杜軍（1967-），男，河南信陽人;學(xué)歷：本科，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：深圳華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司，研究方向：超限高層抗震。