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发布时间：2018-12-11 16:46所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
下面文章以某市金科廊桥水乡6号楼为例，采用基于性能的抗震设计理念，对该结构进行多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下的弹塑性分析，检验其结构布置的合理性和结构的抗震性能。结果表明，调整后的结构具有良好的承载力和变形性能，基于性能的抗震设计
下面文章以某市“金科•廊桥水乡”6号楼为例，采用基于性能的抗震设计理念，对该结构进行多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下的弹塑性分析，检验其结构布置的合理性和结构的抗震性能。结果表明，调整后的结构具有良好的承载力和变形性能，基于性能的抗震设计理念在超限建筑结构中具有良好的实用性。
关键词：超限结构,抗震设计,性能,弹塑性分析
对于超限高层建筑结构的抗震设计通常有两种方法:一种是基于我国规范对建筑结构小震作用下的强度进行设计，以及对薄弱层进行弹塑性变形验算;另一种是使结构达到“三水准”的抗震设防目标，采用的是基于性能的设计方法。基于性能的抗震设计将广义上的目标转换成多个具体的目标，详细的分析了建筑结构的抗震性能，目前这种方法已形成不断深化发展的趋势，对高层建筑结构的抗震设计产生了深远的影响[1]。
基于性能的抗震设计方法给学者研究超限高层建筑的抗震带来了便利，为超限高层建筑的抗震设计提供了有效的途径。但仍存在一些尚未解决的难题，需要更进一步的深入研究。本文通过某超限高层结构在不同地震作用下的地震响应来研究基于性能的抗震设计方法的实用性。
1工程概况
该项目工程建设地点位于重庆市西永大学城的西南端，西面临近绕城公路，南面为廊桥水乡三组团项目，东面为廊桥水乡一组团项目。虎溪河将用地分为南北两个地块，市政道路环绕四周。该结构平面呈工字形布置，竖向构件均垂直落地。结构体系采用框架-剪力墙结构，总高52.5m，长度39.4m，宽度39m，地上18层,车库顶板设为结构嵌固端。
2建筑物的首层、第二层和第三层的层高依次为6.0m、4.5m和5.1m，其墙肢厚度均为300mm;其他楼层层高均为2.9m，相应的墙肢厚度为250mm。由于该项目为超限高层建筑结构，具有一定的复杂性，设计时，根据计算和设计需要设定了各主要环节及构件的用料信息。
3抗震性能目标的设定
根据规范要求，设计应达到“三水准”的抗震设防目标。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》[2](JGJ3-2010)并综合考虑各项因素及项目特点，可以将结构的抗震性能目标分为A、B、C、D，将结构的抗震性能水准分为1、2、3、4、5级。根据我国现行相关规范和规程中关于结构抗震性能目标的设定要求，依托项目的实际情况，拟对本项目进行抗震性能评估，确定性能目标等级为C级，即该项目结构体系在小震、中震和大震条件下，分别满足结构抗震性能水准1、水准3和水准4的要求。
4结构计算分析
计算中采用中国建筑科学院研发的PKPM结构设计软件进行结构的分析和计算，并辅以ETABS软件进行对比分析。
4.1多遇地震下的反应谱分析
为确保能模拟出结构在地震作用下产生扭转，将楼板假定为刚性楼板，并使用SATWE模块，对在多遇地震条件下的结构进行反应谱分析和计算，并设定连梁的折减系数为0.7，计算结构在地震作用下的振型数为36。
根据上表前三次自振周期的计算值，可以看出，当计算假定结构受偶然偏心作用时，结构的周期比取值小于《高层建筑混凝土结构技术规程》[2](JGJ3-2010)要求的0.9，即Tt/T30.9;软件计算出的结构整体楼层最大位移比值也小于《高层建筑混凝土结构技术规程》[2](JGJ3-2010)要求的1.4。
在偶然偏心影响下，楼层最大位移比小于1.4，同时楼层最大层间位移角小于1/1000，符合“小震不坏”的抗震设防要求，结构最小剪重比满足要求[3]。
4.2多遇地震下弹性时程分析
本文选取三条地震波参与研究分析，其中，两条为实测天然波，一条为人工波基于PKPM和ETABS软件做弹性时程分析。计算结果表明：所选取的三条地震波符合《建筑抗震设计规范》[3](GB50011-2010)中相关规定，根据实际工程设计经验，为保证结构设计的安全，在设计时依据规范要求，所选取的设计值通常采用振型分解谱法与时程分析法的包络值中较大的一个，就能有效确保结构体系在设防烈度地震作用下的安全可靠。
4.3罕遇地震下弹性时程分析
结构在罕遇地震下的弹性时程分析，应分别从静力弹塑性分析和动力时程分析两方面对结构的弹塑性进行研究。其中钢筋和混凝土材料本构关系符合文献[4]规定，在此不作详述。
(1)静力弹塑性Pushover分析
该建筑结构在建模时，为了反映结构的扭转情况，将楼板假定为刚性楼板，初始荷载采用重力荷载代表值，根据地震作用的特点，拟采用倒三角形侧向水平加载模式模拟地震作用。运用PKPM中的EPDA&PUSH分析模块对结构进行推覆分析，依次选取上述三条地震波，选用最大地震加速度为125cm/s2，侧向位移的限值取1/20的全楼总高，对于钢筋的放大系数取为1.1。
结构在X和Y方向上的性能点计算图中，可以发现能力谱曲线和6度区的需求谱曲线相交，焦点的坐标在X和Y向上分别为(1.425s，0.76g)和(1.451s，0.83g),且对应的层间位移角分别为1/1367和1/1288，符合《建筑抗震设计规范》[3](GB50011-2010)的要求。
(2)动力弹塑性时程分析
根据以往设计研究经验以及相关的计算原理，采用Pushover法对该结构进行静力弹塑性计算，所得到的结论能够在一定程度上反映结构在大震作用下的动力响应，但地震是个随机和波动的过程，而结构在地震动的作用下所产生的动力时程响应则需要采用动力时程分析法。本工程采用EPDA对结构在罕遇地震下进行动力时程分析。
(1)在地震作用下，结构的最大层间位移和最大层间位移角均呈单调递增式增加，且从底部开始迅速增加，到了顶部增长速度缓慢，这是由于结构嵌固端取在车库顶端，结构下部受地震作用的直接影响，使位移变化呈减速递增模式;
(2)结构的最大层间位移角由零开始逐步上升，上升到一定高度后又开始缓慢降低，但各层的竖向构件的截面转角都是同一方向。这是因为地震作用会使结构产生薄弱层，而层间位移角的最大值出现在薄弱层位置;
(3)在第8～12层出现最大层间位移角，在天然波2(TH2TG04)的作用下，第10层的层间位移角达到了1/282，依然小于1/100，符合规范要求。
5抗震加强措施
根据前文的计算分析，可通过下列措施进一步加强结构的抗震性能：(1)改变剪力墙的平面布置，优化结构整体受力，以降低结构扭转位移比为目的修订墙肢长度;(2)对楼梯和电梯洞口之间的板带进行加强，并加厚楼梯和电梯间处周边楼板，增强配筋;(3)为了延迟塑性铰的出现时间，可以对剪力墙底部加强区的配筋率进行提高[5];(4)结构的薄弱部位处于10至12层，应相应增加该层混凝土强度等级及构件配筋率，以改善结构在地震作用下的偏移。
6主要结论
(1)结构在小震作用下的弹性分析表明各项指标均满足规范要求，通过结构在大震作用下的弹塑性分析，将结构最大层间位移及层间位移角的大小和发生的位置进行了对比，模拟地震作用下结构的演变状态，为制定改善结构抗震性能措施提供理论依据。
(2)通过选取房屋的单体结构进行抗震性能分析，有效的找出结构的薄弱部位，并针对性的采用加强措施，增强了防震减灾的能力;
(3)本文采用基于性能要求的抗震设计方法对超限高层结构进行抗震分析，并结合结构在各级地震作用下的模拟情况，对结构是否满足预定的抗震性能要求进行验证分析，有效增强了结构在现行规范规程基础上的抗震性能目标的设定。
参考文献：
[1]徐培福,戴国莹.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究[J].土木工程学报,2005,38(1).
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[3]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[4]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[5]唐兰云，汤启明吴胜达.重庆国际大厦超高层结构设计[J].建筑结构，2011,41(4):69-73
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《性能要求基础上探究某超限结构抗震性能》