大连超高层住宅论文抗震性能设计论文

大连超高层住宅论文抗震性能设计论文
【摘要】通过计算分析和适当的抗震加强措施，8号楼满足预定的抗震性能目标要求。

1 工程概况
本项目位于大连市，用地为填海地块，总用地面积为50800m2，总建筑面积为255290m2。

项目包括17栋住宅和5栋配套公建。

地下室1层，并设置核6级常6级战时人防防护单元。

8号楼、11号楼为44层超高层住宅，高度为132.2m，9号楼、10号楼为47层超高层住宅，高度为141.200m。

地上标准层高均为3.0m，剪力墙结构，为B 级高度的建筑。

本文针对8号楼进行抗震设计可行性论证分析。

2 设计参数
本工程设计基准期为50年，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第2组，场地类别为Ⅲ类，场地特征周期0.55s。

小震下规范反应谱和安评反应谱拟合曲线如图1。

本工程计算地震作用时按如下原则取值：小震采用安评地震动参数进行弹性计算分析，中震、大震采用规范地震动参数进行性能目标验算。

结构水平位移计算时基本风压按50年重现期0.65kN /m2；结构承载力计算时取该值的1.1倍；地面粗糙度A类。

3 结构体系
8号楼建筑平面尺寸约为50.3mX18.9m，屋顶标高132.2m，高宽比为6.99，选用剪力墙作为结构抗侧力体系；标准层结构布置平面
如图2所示。

由于结构高度和高宽比均超出了规范的最大限值，因此必须将剪力墙布置在合适的位置，形成有效抗侧力体系。

Y 向，在山墙位置及内部房间分隔处布置了通长剪力墙，通过墙肢开洞的方式（或有建筑门洞）形成联肢墙，即提供了有效的抗侧刚度，又避免了因墙体过长而吸收过多的地震力造成损伤。

X 向，在隔墙处、电梯间及设备井处布置剪力墙，作为主要抗侧力构件，但建筑条件限制， X 向剪力墙较少，因此将本方向边梁和墙做宽，以提高该方向的抗侧刚度。

4 结构超限情况
8号楼房屋高度超过A级高度但未超过B级高度的建筑；存在凹凸不规则、局部楼层楼板不连续、局部穿层墙共3项一般不规则项。

5 抗震性能目标
综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的不规则情况、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，确定本工程主要结构构件的抗震性能目标（结构整体抗震性能介于《高规》要求的C级和D级性能目标之间）。

C级和D级的小震、中震、大震下性能水准分别为1，3，4和1，4，5。

具体目标为所有构件在在多遇地震作用及风荷载作用下均为弹性；关键构件中震下偏拉、偏压不屈服、受剪弹性，大震下不屈服并满足受剪截面要求；普通竖向构件中震下不屈服并满足受剪截面要求，大震下较多屈服并满足受剪截面要求；耗能构件中震下受弯屈服、受剪不屈服，大震下部分发生严重破坏。

6 结构计算与分析
设计时采用2个不同力学模型的空间结构分析程序（SATWE、Midasbuiling）进行风荷载、多遇地震作用下的弹性计算和设防烈度地震作用下的弹性及不屈服计算；用SATWE 进行小震下弹性时程分析，与振型分解反应谱法进行比较；使用Midasbuiling软件进行动力弹塑性时程分析，考察结构在大震下的抗震性能。

用ETABS进行小震、中震、大震的楼板应力分析。

6.1 小震及风荷载作用下弹性计算主要计算结果见表1（两软件的计算结果十分接近，相差5%以内，限于篇幅只列出SATWE计算结果）。

综上分析，在多遇地震及风荷载作用下：
（1）SATWE和MIDAS BULIDING两种软件分析的各项指标基本吻合且满足规范要求。

（2）塔楼受力及变形均无明显突变，结构具有合适的抗侧刚度。

（3）扭转周期与平动周期之比小于0.85，结构具有合适的抗扭刚度。

（4）结构楼层质量分布均匀，地震力沿高度方向无较大突变。

（5）结构构件均处于弹性状态，承载能力和变形能力均能满足规范要求。

（6）结构刚重比、整体抗倾覆均满足规范要求。

6.2 小震弹性时程分析
抗规要求需进行小震弹性时程分析作为结构补充计算。

选取1组人工波和2组天然波，计算结果取时程分析法的包络值与振型分解反应谱法的较大值。

楼层剪力、层位移角对比曲线如图3，经分析得出如下结论：⑴层剪力曲线表明，X、Y 向顶部时程剪力包络值大于反应谱结果，顶部放大系数为100%～150%，设计时拟根据此结果对
相应楼层的地震力进行放大。

⑵层位移角曲线表明，时程反应包络值小于反应谱结果，最大层间位移角均小于规范限值1/1000。

⑶位移曲线（图略）以弯曲型为主，曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀。

6.3 中震弹性、中震不屈服、大震不屈服计算
按选定的性能目标，对关键构件、普通竖向构件、耗能构件进行中震（设防地震）弹性、不屈服、大震不屈服验算。

经计算，底部加强部位的剪力墙和框架柱满足偏拉、偏压不屈服、受剪弹性，大震不屈服和抗剪截面的要求；非底部加强部位的剪力墙和框架柱满足中震不屈服和抗剪截面的要求、大震抗剪截面的要求；框架梁、连梁满足中震抗剪不屈服的要求。

6.4 动力弹塑性时程分析
选取1组人工波和2组天然波，采用Midasbuiling进行结构罕遇地震动力弹塑性时程分析。

部分计算结果见表2，各组地震波按X、Y 两个地震主方向分别计算。

通过大震动力弹塑性时程分析，结合结构整体反应指标和结构构件的抗震性能分析结果，得出如下结论：（1）罕遇地震作用下结构基底剪力为多遇地震基底剪力的4.1～4.4倍，地震作用量级合理。

（2）结构层间弹塑性位移角均小于规范限值要求。

（3）表征剪力墙剪切性能的剪切应变，表征剪力墙偏拉、偏压性能的砼纤维应变与钢筋纤维应变绝大多数处于弹性状态，对局部剪切应变屈服比较集中的墙肢进行抗剪承载力验算，墙肢整体满足不屈服的性能目标，且满足受剪截
面控制要求。

（4）框架柱大部分处于弹性工作状态，个别出现弯曲开裂第1状态，但均未进入屈服状态，且满足受剪截面控制要求。

（5）多数楼层连梁及框架梁梁端进入屈服状态，使结构具有良好的变形耗能能力。

7 通过以上论证分析，可得到以下结论：
（1）在多遇地震作用及风荷载作用下，Satwe和Midas Building 两种软件分析的各项指标基本一致；结构构件处于弹性阶段，承载能力和变形能力均能满足现行规范要求。

时程分析与反应谱分析之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做判断。

（2）在设防烈度地震作用下，剪力墙和框架柱满足偏拉、偏压不屈服，受剪弹性的要求；连梁、框架梁满足部分受弯屈服，受剪不屈服的要求。

（3）在罕遇地震作用下，结构层间弹塑性位移角满足规范限值要求，底部加强部位剪力墙、框架柱不屈服并且满足受剪截面要求，非底部加强部位剪力墙、框架柱部分屈服并且满足受剪截面要求，连梁和框架梁多数屈服进入变形耗能状态。

综上所述，通过计算分析和适当的抗震加强措施，8号楼满足预定的抗震性能目标要求。

参考文献：
[1]建筑抗震设计规范GB 50011-2010
[2]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010。