浅谈超高层的计算与分析

2020-11-06单春红

商品与质量 2020年42期

单春红

大连建筑设计研究所有限公司辽宁大连 116011

随着经济发展，超限结构建筑愈来愈多。超限结构是指超过规范要求限制的高层建筑。某工程中有超限结构，以此超限结构进行浅谈超高层的计算与分析。某超限结构地上46层，结构高度146.6米，采用钢筋混凝土全落地剪力墙结构，地下室顶板作为上部结构嵌固端。塔楼结构高度超过A级高度26.6米，为B级高度建筑[1]。剪力墙抗震等级为一级[2]。设计使用年限50年，建筑物抗震设防类别丙类，抗震设防烈度7度[3]。

1 地震作用

抗震设防目标为“三个水准”，即小震不坏，中震可修，大震不倒。

根据地震安全性评价报告，场地类别属于Ⅱ类场地。按超限审查要求，设计地震动参数：小震按“场地地震安全性评价报告”结果和规范的较大值确定，中震和大震按规范采用。本工程安评地震X、Y两方向的基底剪力分别是规范小震的1.27、1.30倍，表明安评计算值大于规范计算的值，所以小震设计地震动参数按安评报告值取用，即结构阻尼比0.05，特征周期0.35s，水平地震影响系数最大值0.1101。按规范，中震、大震场地特征周期分别为0.40s、0.50s，水平地震影响系数最大值分别为 0.23、0.50。

2 相关计算分析

2.1 多遇地震的计算分析

设计地震动参数按安评报告值取用后，进行相关计算与分析。多遇地震的计算采用PKPM与MIDAS BUILDING进行对比分析，经计算，两种软件结果相近，符合小震不坏的抗震设防目标。

多遇地震需要进行弹性动力时程分析，按照《建筑抗震设计规范》第5.1.2条要求，取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法包络值和振型分解反应谱法的较大值。地震波取自PKPM地震波库里人工加速度时程曲线RH1TG040、天然波TH1TG040和地震研究所提供的实际记录天然波USER635a。

表1 弹性时程计算得到的结构底部剪力

表2 反应谱法计算得到的结构底部剪力

每条波计算的底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，且不大于130%。三条波计算的底部剪力平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%，且不大于120%。通过相关计算，需按包络值对43层以上楼层的地震剪力进行放大，放大系数为 1.12。

2.2 中震及大震计算

中震的抗震性能目标，底部加强部位主要墙肢的偏拉、偏压承载力需满足中震不屈服，受剪承载力需满足中震弹性；其余楼层主要墙肢的偏拉、偏压和受剪承载力需满足中震不屈服；连梁和框架梁的受剪承载力需满足受剪截面控制条件。经计算，中震不屈服计算时只有个别墙肢出现拉应力，且拉应力低于混凝土抗拉强度标准值，剪力墙中不需要配置抗拉型钢。若出现拉应力高于混凝土抗拉强度标准值时，需配置抗拉型钢。

大震计算分析主要有大震不屈服计算和弹塑性分析。大震不屈服墙肢需满足大震时的受剪截面控制条件：VEK≦0.15fckbh0。弹塑性分析的构件配筋直接读取SATWE分析配筋结果，并对底部加强部位剪力墙配筋进行人工调整，材料强度取标准值。杆件铰判别条件为：截面刚度退化为初始截面刚度70%时，认为出现塑性铰；墙高斯点破坏条件为：墙高斯点的相对应变超过0.9时，认为高斯点破坏。

弹塑性分析时，X方向和Y方向分别在47步及30步达到性能点，所对应的顶点位移分别为355.2、488.8mm，性能点对应的最大层间位移角分别为1/287、1/269，分别在17～19层及27～31层；X方向和Y方向性能点的基底剪力分别为34666.9、33324.2KN，而规范小震的基底剪力分别为7393.0、7352.5KN，推覆基底剪力分别达到规范小震基底剪力的4.69、4.53倍。从以上结果可以看出，结构在大震作用下能力曲线能够穿越需求谱曲线,说明结构在大震作用下是安全的。X、Y方向需求谱曲线和能力曲线的交点坐标分别为（T，A）=2.990, 0.095、（T，A）=3.594, 0.091；对应的层间位移角分别为1/287、1/269，满足规范不大于1/120的要求。

从罕遇地震性能控制点对应的层间位移角分布来看，结构进入弹塑性阶段后刚度分布较为合理，没有出现明显的薄弱层。在罕遇地震阶段,层间位移角峰值下移,部分连梁进入塑性。连梁作为结构的主要耗能构件,早于剪力墙破坏,达到了设计预期目标。