某超高层框筒结构动力弹塑性分析

夏江

(中南勘察设计院(湖北)有限责任公司，湖北武汉 430071)

1 结构概况

此超高层建筑总面积约为16.1万m2，地下3层、地上46层，结构高度为199.1 m;结构形式为框筒结构;结构设计使用年限为50年;建筑抗震设防分类为重点设防类;建筑高度类别为超B级高度;抗震设防烈度7度;建筑场地类别Ⅲ类;场地土特征周期0.45 s;剪力墙抗震等级特一级，框架柱抗震等级一级。

2 弹性计算分析参数及结果

2.1 弹性计算分析参数

小震反应谱计算中，考虑了扭转耦联效应、偶然偏心及双向地震效应。结构位移指标验算时，采用全楼强制刚性楼板假定，风荷载采用重现期为50年的基本风压。小震弹性计算分析参数见表1。

表1 弹性计算分析参数表

2.2 结构周期

结构自振周期计算结果见表2。

表2 结构自振周期计算结果表

SATWE:Tt/T1=0.711＜0.85，ETABS:Tt/T1=0.728＜0.85，MIDAS:Tt/T1=0.765＜0.85，满足规范要求。

2.3 结构位移和位移比

结构位移计算结果见表3。

表3 结构位移计算结果表

2.4 楼层剪力及倾覆弯矩

结构内力及倾覆弯矩计算结果见表4，表5。

表4 结构底层内力计算结果表

表5 结构底部四层倾覆弯矩计算结果表

3 动力弹塑性分析结果

3.1 地震波时程曲线

依据国家抗震规范的原则和超限审查技术要点，要求本工程应进行第三水准的大震弹塑性分析，以确定本工程大震不倒的安全性。大震波为中国建筑科学研究院提供的该场地两条实测天然波(大震)和一条人工波。本项目弹塑性分析按7度罕遇考虑，时程分析所用地震加速度时程曲线有效峰值加速度取为220 cm/s2。

3.2 层间位移角

层间位移角结果图见图1。

图1 弹塑性时程层间位移角结果图

3.3 楼层位移

楼层位移结果图见图2。

图2 弹塑性时程楼层位移结果图

3.4 楼层剪力

楼层剪力结果图见图3。

图3 弹塑性时程楼层剪力结果图

3.5 结构出铰状态

结构出铰示意图见图4。

图4 第30 s结构出铰示意图

4 结语

通过以上动力弹塑性计算分析，可以得出以下结论:

1)弹塑性时程分析结果表明，结构竖立不倒，主要抗侧力构件没有发生严重破坏，多数连梁屈服耗能，部分框架梁参与塑性耗能，但不至于引起局部倒塌和危及结构整体安全。能够满足设定的大震下结构性能目标的要求;

2)在罕遇地震作用下，结构连梁最先出现塑性铰，然后连梁损伤迅速发展并出现剪切损伤，随时程输入连梁损伤逐步累积;结构部分框架梁进入塑性阶段参与结构整体塑性耗能，但框架梁整体塑性损伤有限;结构框架柱全部未进入屈服状态，二、三层跃层柱未出现损伤;地震输入结束时剪力墙出现极少量局部损伤，未出现剪力墙全截面进入屈服状态;

3)整个外框架在罕遇地震作用下基本保持弹性工作状态，部分框架梁的塑性损伤超过开裂强度水准，极少数超过屈服强度水准;框架柱塑性损伤绝大部分未达到开裂强度水准，结构外框架作为第二道设防体系具有足够的富余;

4)罕遇地震作用下，筒体剪力墙满足抗剪弹性的设防要求，未出现剪力墙全截面剪切型损伤，混凝土受压和钢筋拉压都处于弹性阶段;

5)罕遇地震作用下，结构楼层位移角时程包络满足不大于1/100的抗震设防要求;整体来看，结构在罕遇地震输入下的弹塑性反应及破坏机制，符合结构抗震工程的概念设计要求，抗震性能达到“大震不倒”的抗震性能目标。

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