中大震作用下高层建筑抗震性能分析及其构造措施探讨

中大震作用下高层建筑抗震性能分析及其构造措施探讨

摘要：对于超高层建筑或者超限结构来说应当对结构采取中、大震下的抗震性能分析，本文通过结合某高层结构设计实例，除了对该结构采取小震弹性分析外，还将增加“中震不屈服”、“中震弹性”等方法对结构关键构件进行设计，控制结构的抗震性能。通过中、大震的抗震性能分析提出可行的抗震构造措施，为同类结构提供指引。

关键词：结构设计；超高层结构；抗震分析；抗震构造措施

Abstract: For tall building or overrun structure for ought to the structure of the earthquake, take the seismic performance analysis, this paper through the combination of a high-rise structure design example, in addition to the structure of small earthquakes to elastic analysis outside, still will increa se “the shock of do not yield”, “the shock of the elastic” method of key component structure design, control structure seismic performance. Through the aseismatic performance of strong earthquakes, and analysis the feasible seismic structural measures, to provide direction for the similar structure.

Key words: Structure design; Super-tall structures; Seismic analysis; Seismic construction measures

1．工程概况

本项目定位为创造高品质的、包含超高层超甲级写字楼及商业性办公楼，形成新型的商业聚落空间及城市综合体。塔楼由一栋超高层建筑组成。总建筑面积为94532.54㎡，地上层数为32层，地下为2层。结构类型采用框架-核心筒结构。由于主楼结构布置相对比较复杂，因此需要对其采取中震和大震下的抗震性能分析。

2．中、大震下结构抗震性能目标

根据按照《抗规》1.0.1条规定及条文说明，抗震设防性能目标主要通过“两阶段三水准”的设计方法和采取有关措施实现。结合本高层结构实际情况，除了对该结构采取小震弹性分析外，还将增加“中震不屈服”、“中震弹性”等方法对结构关键构件进行设计，控制结构的抗震性能。对于本高层结构中的节点，按强节点弱构件的抗震性能要求设计。针对中震以及大震抗震目标，笔者总结了高层结构中大抗震设防性能目标细化见表1所示。

表1高层结构中大抗震设防性能目标

地震烈度中震(设防烈度地震) 大震(罕遇地震)

性能水平可修复损坏不倒塌

结构工作特性允许个别连梁和框架梁抗弯屈服允许出现抗弯屈服，不发生剪切破坏，控制层间位移角

层间位移限值- 1/100

核心筒底部加强区保持中震弹性；非底部加强区按中震不屈服验算底部加强区不进入塑性；非底部加强区允许进入塑性，控制塑性变形；满足大震下抗剪截面控制条件

连梁允许少量抗弯屈服，不出现抗剪屈服允许进入塑性不得脱落，不严重破坏，变形不大于0.9倍塑性变形限值，不允许剪切屈服

外框柱底部加强区保持中震弹性，非底部加强区按中震不屈服验算允许部分构件弯曲塑性发展，控制塑性变形；不发生剪切破坏；不形成楼层破坏机制

外框梁按中震不屈服验算允许出现抗弯屈服，控制弯曲塑性变形；不出现剪切屈服

楼板允许开裂，控制裂缝宽度，控制楼板钢筋的应力水平允许开裂，控制裂缝宽度，钢筋不屈服

其它构件按中震不屈服验算允许进入塑性，不倒塌

3．中震不屈服分析

3.1分析原则

对结构采取中震不屈服分析，采用规范谱相关参数作为设计依据，具体可以通过以下措施实现中震不屈服设计：地震影响系数最大值按设防烈度取值；荷载分项系数取1.0，保留组合系数；取消组合内力调整（取消强柱弱梁，强剪弱弯调整），即内力调整系数取1.0；构件抗震承载力不进行调整，即抗震调整系数γRE 取1.0。；材料强度用标准值；不与风荷载组合。

对于结构中的构件承载力的计算应当仍采用《混凝土规范》、《型钢混凝土规程》的有关公式进行，但其中混凝土强度、钢材强度均用标准值。通过对结构采取中震不屈服分析，主要针对结构中的主要构件中震不屈服验算，即剪力墙、柱、连梁、框架梁，不考虑次梁等次要构件。

同时为了有效地确保结构在中震作用下能有足够的安全储备。在中震作用

下，框架梁抗弯和抗剪均能保持不屈服，满足中震不屈服抗震性能目标；连梁抗弯和抗剪均能保持不屈服，满足中震不屈服抗震性能目标。在中震作用下，所有型钢混凝土框架柱、混凝土框架柱抗弯和抗剪均能保持不屈服，满足中震不屈服抗震性能目标。底部加强区的框架柱将进一步做中震弹性验算。所有剪力墙均能保持抗拉压不屈服、抗剪不屈服，可以满足中震不屈服抗震性能目标。底部加强区的剪力墙将进一步做中震弹性验算。

3.2分析结果

通过对本结构采用SATWE采取中震不屈服分析，计算结果表明：核心筒剪力墙抗拉压、抗剪均满足中震不屈服要求；框架柱抗弯、抗剪均满足中震不屈服要求；连梁抗弯、抗剪均满足中震不屈服要求；框架梁抗弯、抗剪均满足中震不屈服要求。因此对于本结构来说，在中震作用下所有主要构件均能满足中震不屈服抗震性能目标。另外对中震作用下的楼板采取应力分析。框架-核心筒体系高层建筑的楼面系统是联系核心筒和外框架结构体系变形协调、发挥结构空间整体性能的重要构件。二层及三层楼面开大洞，楼板在地震作用下可能产生较大的面内变形、出现贯通裂缝，导致结构刚度的下降和破坏结构的整体性。因此，采用ETABS软件对结构楼板采用壳单元进行有限元分析，探讨在小震作用下能否保持弹性、中震作用下楼板是否出现贯通性裂缝，即面内的拉应力小于混凝土抗拉强度标准值ftk。模型采用考虑偶然偏心距5%的地震作用输入。其中结构二层X 主方向和Y主方向的应力云图见图1~图2所示。

图12F楼板应力S11（N/mm2）图22F楼板应力S22（N/mm2）

由以上楼板应力分析可知，在小震作用下，楼板面内拉应力大部分区域小于0.5MPa，小于混凝土抗拉强度设计值（C35，ft=1.57MPa）。楼板应力较大部位主要集中在LL2、LL8、LL10、LL12、LL13（连梁编号详见图 5.1.13）与剪力墙交界的局部范围，以及裙房与塔楼连接部位。在中震作用下，楼板面内拉应力大部分区域小于1.0MPa，小于混凝土抗拉强度标准值（C35，ft=2.20MPa）。在LL2、LL8、LL10、LL12、LL13附近、裙房与塔楼连接部位局部范围以及避难层（20层）局部范围的楼板拉应力超过混凝土抗拉强度标准值，但未形成贯通性裂缝。因此从分析结果表明，在中震作用下，楼板能保持较好整体性。同时，对应力较大部位——在LL2、LL8、LL10、LL12、LL13附近、裙房与塔楼连接部位局部范围以及避难层（20层）局部范围的楼板，在施工图阶段应适当加厚楼板，并加大配筋率，控制裂缝发展。

3.2根据中震分析结果加强构造措施

从分析结果表明，1层~5层核心筒剪力墙抗拉压、抗剪按中震弹性复核；框架柱抗弯、抗剪按中震弹性复核。5层以上核心筒剪力墙抗拉压、抗剪按中震不屈服复核；框架柱抗弯、抗剪按中震不屈服复核。连梁按抗弯、抗剪按中震不屈服复核；框架梁按抗弯、抗剪按中震不屈服复核。适当加大裙房与塔楼连接部位