某超限混合结构抗震分析

杜 军，夏美梦

（深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，广东 深圳 518054）

1 结构形式及工程概述

该建筑位于深圳市龙岗区龙城工业园区东侧，西侧临近龙城工业园科研中心。建筑抗震设防烈度是6度，场地类别为Ⅱ类。结构形式主要为框架-剪力墙结构，左右两排核心筒之间跨度约30m，采用钢梁加钢筋桁架承压板形式。结构4～6层L型研发室两端大悬挑部分，均采用双层桁架结构形式，结构扭转位移比为1.58，存在扭转不规则、平面凹凸不规则（约40%）、竖向构件不连续、上下支撑不连续等超限项。结构存在大跨构件和局部大悬挑等形式，考虑双向地震和竖向地震作用对结构产生的影响，中震和大震仍按规范地震系数进行计算。

2 多遇地震作用分析

采用midas Gen和PMSAP程序对结构在多遇地震作用下进行分析，多遇地震作用按安评报告提供的地震系数进行计算。结构存在大跨构件和局部大悬挑等形式，除考虑双向地震作用之外，还需考虑竖向地震作用对结构的影响。分析可得，PMSAP和midas Gen的计算结果基本一致，在风荷载和地震作用下均满足弹性层间位移角小于1/800的要求。

3 设防地震作用分析

为了准确模拟计算，用纤维单元模型的XTRACT程序采用平截面假定方法计算构件截面承载力。在设防地震作用下，典型截面工字型钢混凝土柱的承载力验算结果如图1所示。分析图1可知，工字型钢混凝土柱承载力可以满足性能目标的要求，落地剪力墙最小抗剪截面满足设防地震作用下要求，承载力有较大富余，主要悬挑构件的承载力验算可以满足性能目标的要求。

4 楼板应力分析

该项目楼板不连续，局部大范围开洞，为了确保薄弱部位的楼板在多遇地震下能够保持弹性工作状态，利用midas Gen对大跨度跃层斜楼板进行了舒适度分析，如图2所示。

大跨度跃层斜板的竖向振动频率为0.214，小于3Hz。根据竖向振动模态分析结果，确定楼板振动的不利区域A，在A区域分别输入不同频率的人行时程荷载，得到其最大响应峰值加速度为-0.0215m/s2；考虑到B区域楼座所有人一起起立的工况，得到其最大加速度响应为-0.035m/s2，均满足规范要求。

图1 工字型钢混凝土柱（1000mm×1000mm）承载力验算

图2 大跨度跃层斜板

5 罕遇地震作用下非线性分析

5.1 计算结构

大震作用下的各楼层层间位移角曲线如图3所示。分析图3可知，结构在各条地震波作用下X、Y方向的最大层间位移角均不大于规范要求1/100的限值。沿X方向作用下的地震波，可以得到人工波、天然波1和天然波2最大层间位移角分别为1/647、1/612和1/589；沿Y方向作用下的地震波，可以得到人工波、天然波1和天然波2最大层间位移角分别为1/556、1/540和1/622。

图3 大震作用下的各楼层层间位移角曲线

根据分析可以得出，罕遇地震作用下结构基底剪力与弹性时程分析结果对比如表1所示。罕遇地震作用下，天然波1计算结果较大，结构在X、Y方向地震作用下基底剪力均值分别约为多遇地震作用下的4.07倍和3.5倍。

表1 大震结果与小震比较 单位：kN

5.2 结构构件抗震性能评价

框架弯矩铰分布状态如图4所示，剪力墙x、z方向混凝土及钢筋应变如图5所示。

图4 框架弯矩铰分布状态

图5 剪力墙x、z方向混凝土及钢筋应变

在人工地震波的作用下，根据结构塑性铰的发展趋势，混凝土筒体的应变等级基本为一级状态，只有极少数的构件进入开裂状态。剪力墙钢筋的屈服应变远小于剪力墙受拉钢筋的极限拉应变0.01的限值，结构塑性发展满足结构概念设计要求。

6 结论

在设计过程中，应从计算分析、结构布置、结构抗震概念设计和构造等方面，采取以下措施确保工程安全、可靠、经济。（1）在剪力墙底部加强部位及其上一层，应该设置约束边缘构件，再上一层设过渡层，纵筋同约束边缘构件，箍筋介于约束边缘构件与构造边缘构件之间；与桁架相邻的剪力墙按抗震等级二级进行构造设计。（2）悬挑构件及相邻主体关键构件在相应抗震等级基础上提高到二级，根据实际情况加强桁架节点构造。（3）与剪力墙相接的桁架伸入剪力墙内，并沿着剪力墙向下延伸一层，加强悬挑桁架与剪力墙之间的节点构造。