建筑工程論文范文高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

　　[摘 要] 主要介紹了某B級(jí)高度超高層辦公樓項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)布置，抗震計(jì)算分析及結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)。針對(duì)其超高的超限特點(diǎn)，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)，經(jīng)多模型，多軟件的彈性比較分析及動(dòng)力彈塑性補(bǔ)充計(jì)算，保證設(shè)計(jì)能夠覆蓋結(jié)構(gòu)的各種實(shí)際受力狀態(tài)。使結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足規(guī)范及性能目標(biāo)的要求。

　　[關(guān)鍵詞] 超限高層,抗震性能目標(biāo), 彈性分析,動(dòng)力彈塑性分析,職稱論文網(wǎng)

　　0 工程概述

　　本工程為一棟36層辦公樓，地下設(shè)有2層地下室，總高度147.80 m。屬超高層一類建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)。

　　此工程結(jié)構(gòu)采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，為B級(jí)高度鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖詳圖1.

　　工程設(shè)計(jì)年限50年，地震烈度7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，基本加速度值為0.10g[1]。根據(jù)

　　《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[2](以下簡(jiǎn)稱

　　《高規(guī)》)，框架及筒體抗震等級(jí)為一級(jí)。

　　根據(jù)《廣東省實(shí)施〈高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程〉(JGJ 3-2002補(bǔ)充規(guī)定》[3]，變形驗(yàn)算按50年重現(xiàn)期風(fēng)荷載，基本風(fēng)壓值Wo=0.55KN/㎡;強(qiáng)度驗(yàn)算按100年重現(xiàn)期風(fēng)荷載，基本風(fēng)壓值Wo=0.605KN/㎡。地面粗糙度為C類，風(fēng)載體形系數(shù)取μs=1.4。

　　基礎(chǔ)采用人工挖孔樁。樁端持力層選用中風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖層，樁端承載力特征值為6500，12000kPa。樁徑主要為1.0～2.2m，樁長(zhǎng)約13～39m。樁基的安全等級(jí)為一級(jí)。

　　本工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告提供的多遇地震影響系數(shù)取值大于規(guī)范值,為安全起見,本工程多遇地震反應(yīng)譜部分采用安評(píng)報(bào)告提供的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，設(shè)防地震和罕遇地震仍按規(guī)范值計(jì)算。

　　1 超限類型及工程抗震性能目標(biāo)

　　(1)塔樓高度143.40m，為超B級(jí)高度;

　　(2)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，樓層最大彈性層間位移與平均值的比值為1.30，大于1.20;

　　根據(jù)以上超限判定，對(duì)應(yīng)的各類型結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能目標(biāo)見表1。

　　2 彈性計(jì)算結(jié)果及分析

　　采用SATWE及ETABS兩個(gè)軟件進(jìn)行多遇地震下的彈性計(jì)算分析。計(jì)算中考慮偶然偏心，雙向地震及扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響。兩種程序計(jì)算結(jié)果基本一致，周期比、層間位移角、最大扭轉(zhuǎn)位移比、層間剛度比及樓層受剪承載力比等指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，說明計(jì)算模型能較好的反應(yīng)結(jié)構(gòu)在風(fēng)及地震作用下的彈性受力性能。表2為計(jì)算結(jié)果部分?jǐn)?shù)據(jù)，剪重比按規(guī)范調(diào)整后為1.6%。

　　采用SATWE軟件按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組，選用五組天然地震波和二組人工模擬地震波進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析，分析結(jié)果詳表3。

　　計(jì)算結(jié)果表明，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法的65%，七條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力的平均值大于振型分解反應(yīng)譜法的80%，地震波的選擇滿足規(guī)范要求。

　　3中震設(shè)計(jì)

　　中震設(shè)計(jì)以基本烈度地震參數(shù)輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)取1.0;中震不屈服設(shè)計(jì)時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)和材料分項(xiàng)系數(shù)取1.0;中震彈性設(shè)計(jì)時(shí)荷載分項(xiàng)系數(shù)和材料分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)范取值。

　　采用SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算，框架柱在設(shè)防地震作用下計(jì)算配筋與多遇地震作用時(shí)基本相同，提高縱筋最小配筋率和最小體積配箍率進(jìn)行配筋，在設(shè)防地震作用下，框架柱可保持彈性狀態(tài);落地剪力墻在設(shè)防地震作用下，豎向鋼筋計(jì)算配筋偏大，提高剪力墻約束邊緣構(gòu)件配筋率進(jìn)行配筋，能滿足設(shè)防目標(biāo)要求;連梁及普通框架梁，設(shè)防地震作用下大部分計(jì)算配筋比多遇地震時(shí)大，部分連梁及框架梁超筋，梁端出現(xiàn)屈服，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)配筋，特別是箍筋，以保證梁的屈服性質(zhì)是具有延性的抗彎屈服。

　　4罕遇地震下動(dòng)力彈塑性分析

　　非線性動(dòng)力時(shí)程分析是進(jìn)行結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析最完善的方法。這種動(dòng)力分析方法除去了非線性靜力推覆分析方法的局限性，可以準(zhǔn)確體現(xiàn)高振型的影響, 也能夠正確地自動(dòng)地對(duì)多向地震輸入的效應(yīng)進(jìn)行迭加組合。

　　在分析中，重力荷載的施加與地震波的輸入將分兩步進(jìn)行。第一步，施加重力荷載的代表值。

　　第二步，施加地震作用，地震加速度時(shí)程作用在地面結(jié)點(diǎn)上，沿整體坐標(biāo)系的X方向或Y方向。在時(shí)程分析中，主方向與次方向的峰值加速度的比值為1.0 : 0.85。

　　為進(jìn)行結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析，本工程采用軟件MIDAS Building驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能，考察其是否能夠滿足結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)。

　　MIDAS Building的非線性梁柱單元使用了準(zhǔn)確性較高的柔度法，可以使用較少的單元得到準(zhǔn)確的結(jié)果。本工程對(duì)混凝土梁柱構(gòu)件采用修正武田三折線滯回模型。混凝土墻采用纖維模型模擬，墻豎向纖維數(shù)量取5、水平纖維數(shù)量取3，混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系選擇混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄C中單軸受壓曲線;鋼材默認(rèn)選擇雙折線本構(gòu);剪切特性默認(rèn)取三折線類型。利用應(yīng)變等級(jí)定義混凝土材料所處的受力狀態(tài)級(jí)別，第1等級(jí)可認(rèn)為是彈性狀態(tài)，第2等級(jí)可認(rèn)為是開裂狀態(tài)，第3等級(jí)可定義為屈服狀態(tài)，第4等級(jí)可認(rèn)為是屈服后狀態(tài)，第5等級(jí)可認(rèn)為是極限狀態(tài)。

　　塔樓梁鉸及墻鉸分布圖詳圖2~3。各類構(gòu)件塑性鉸的發(fā)展過程：1.梁鉸首先在中下部洞口連梁位置出現(xiàn)，隨即次梁出現(xiàn)塑性鉸，然后沿樓層方向發(fā)展;2.柱鉸首先在裙房柱和上部樓層出現(xiàn)，然后沿樓層方向發(fā)展;3.墻鉸首先在樓層中下部洞口上部墻肢出現(xiàn)，并沿樓層方向逐漸展開。出鉸情況表明，在罕遇地震作用下，剪力墻承擔(dān)了絕大部分的地震作用，結(jié)構(gòu)整體上處于塑性發(fā)展階段的初期，結(jié)構(gòu)整體上滿足“大震不倒”的性能目標(biāo)。

　　5超限結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施

　　針對(duì)本工程超限情況，采取了以下措施：

　　(1)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)及大震彈塑性分析的結(jié)果對(duì)關(guān)注部位采取適當(dāng)構(gòu)造。

　　(2)結(jié)合風(fēng)荷載下強(qiáng)度需要，對(duì)部分連梁加強(qiáng)構(gòu)造，保證連梁的抗剪承載能力。

　　(3)加強(qiáng)周邊框架梁剛度。

　　(4)對(duì)混凝土剪力墻，按照規(guī)范規(guī)定設(shè)置邊緣約束構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

　　(5)嚴(yán)格控制框架柱和底部加強(qiáng)區(qū)核心筒墻體的軸壓比。

　　(6)裙樓雙筒間樓板加厚，并采用雙層雙向配筋，每層單向配筋率不應(yīng)小于0.25%。

　　6結(jié)語

　　該工程屬于超限高層建筑，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)定了三水準(zhǔn)抗震性能目標(biāo)。在設(shè)計(jì)過程中，采用多個(gè)程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性，彈塑性計(jì)算分析，除保證結(jié)構(gòu)在小震及風(fēng)荷載作用下處于彈性狀態(tài)外，補(bǔ)充了關(guān)鍵構(gòu)件在中震和大震下的驗(yàn)算，并對(duì)重要構(gòu)件采取了加強(qiáng)措施，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的性能目標(biāo)，滿足規(guī)范要求。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3] DBJ/T 15-46-2005 廣東省實(shí)施《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)補(bǔ)充規(guī)定[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.