波紋鋼板剪力墻在高層鋼結構建筑中的應用

趙春亮 文花平

1.工程概況

項目位于杭州市濱江區濱盛路與康順路交叉口處。地塊總用地面積10187m2，地上總建筑面積為35648.29m2。1#樓建筑高度78.46m，層數為18 層（4層裙房），2#樓建筑高度73.65m，層數為17 層（3 層裙房），主樓的功能為酒店客房，裙房的功能為酒店配套及商業。兩塔樓共用一地下室，嵌固端均設在地下室頂板。

該工程：結構設計安全等級：二級；建筑抗震設防類別：丙類；抗震設防烈度：6 度；基本地震加速度值：0.05g；設計地震分組：第一組；場地類別：Ⅱ類；基本風壓：0.45 KN/m2；采用軟件：YJK2.0.1、MIDAS Building；鋼框架梁抗震等級：四級；剪力墻、框架柱抗震等級：三級；考慮偶然偏心：5%；周期折減系數：0.9；結構的阻尼比：0.035；特征周期：0.45s；地震影響系數最大值：0.04。

本工程采用結構空間有限元分析與設計軟件MIDAS Building 和YJK（2.0.1 版）進行了分析計算，并采用YJK 進行了彈性時程分析。整體計算時，嵌固端取在±0.000 計算[1]。

計算簡圖見圖1、圖2。

2.主要構件規格及材料強度

波形鋼板組合剪力墻，墻厚150mm，C50 混凝土，鋼板厚4mm+4mm，Q345B。框架柱：矩形鋼管混凝土柱，C50 混凝土，Q345B。鋼框梁：焊接H 型鋼，Q345B。

圖1 標準層平面圖

3.結構計算及分析

圖2 抗側力構件布置簡圖

3.1 計算基本假定

該波形鋼板組合剪力墻根據抗彎剛度等效成平鋼板組合剪力墻。計算整體性能指標采用剛性樓板，計算內力采用非剛性樓板；墻用殼單元模擬。

3.2 彈性計算分析

本工程波譜與規范譜的頻譜特性對比結果見圖3。

3.3 彈性分析結果匯總

X 向最大位移比為1.09，Y 向1.18，均小于1.5，滿足規范要求。

根據規范JGJ99-2015 第6.1.7 條，框架剪力墻結構的整體穩定性應符合下式：

圖3 波譜與規范譜的頻譜特性對比

本工程X 向剛重比1.80，Y 向剛重比1.89，滿足規范要求。

按GB50011-2010 第5.2.5 條，在6度（0.05g）地震烈度區，對于基本周期小于3.5s 的結構，計算多遇水平地震作用時，結構任一樓層的水平地震作用標準值的剪力系數不應小于0.8%。本結構的X向最小樓層剪力系數為0.787%＜0.80%，程序自動乘以1.015 系數進行調整；Y 向最小樓層剪力系數為0.832%＞0.80%，滿足規范要求。

本工程結構底層框架承受的地震傾覆力矩X 向為78.6%，Y 向為61.2%；依據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010的8.1.3條及條文說明，20%＜框架承受的地震傾覆力矩＜80%，按框架—剪力墻結構設計。

3.4 動力彈塑性計算分析

采用有限元軟件YJK2.0.1 進行彈塑性分析。主要設計參數如下：

罕遇地震地面加速度峰值：125gal；

罕遇地震場地特征周期：Tg=0.50s；

罕遇地震結構阻尼比：0.05；

梁、柱桿件采用纖維梁單元，剪力墻采用殼單元。鋼材采用雙折線隨動強化模型；混凝土為單軸本構模型，可以考慮：混凝土開裂后強度降低，剛度退化，混凝土開裂反向加載至閉合后，重新具備受壓能力與剛度。

根據抗震設計規范對于基底剪力以及波譜特性的要求，軟件自動選取兩條天然波和一條人工波。三條地震波彈塑性時程分析所得基底剪力包絡值與小震CQC 反應譜結果的比值X 向，13684.5/2080.18=6.58，Y 向為9943.30/2198.32=4.52，與經驗值比較符合。

X 向最大彈塑性層間位移角為1/210（n=9，Tottori_Japan_NO_6276,TG(0.46)波），Y 向最大彈塑性層間位移角為1/262（n=18，ArtWave-RH4TG045,Tg(0.45)波），均小于1/80，滿足《鋼板剪力墻技術規程》的彈塑性層間位移角限值要求。

剪力墻、框架柱根據《建筑設計抗震規范》基于位移角進行構件損傷評估，基于位移角的損壞等級判別標準如圖4。

4.結語

圖4 位移損壞等級判別標準

剪力墻及連梁作為第一道抗震防線，框架作為第二道抗震防線，滿足抗震二道設防要求。采用YJK 及MIDAS Building 兩種軟件對結構在多遇地震作用、風荷載作用下分別進行靜力分析，上述兩個軟件同屬空間結構計算模型，滿足規范對計算軟件的要求。從計算結果可見，主要計算控制參數均滿足《建筑抗震設計規范》GB50011－5010 和《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ3－2010 的要求。任一層框架剪力按結構底部總剪力的25%與1.8 倍最大框架樓層地震剪力兩者的較小值進行調整計算。采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算，計算結果取時程法與振型分解反應譜法的較大值。對結構進行大震動力彈塑性分析：部分連梁及框架梁出現塑性鉸，豎向構件基本無損傷，滿足大震不倒的目標。