1、某超限高层剪力墙结构抗震设计摘 要：某超限高层剪力墙结构属高度超限、平面扭转不规则、平面凸凹不规则的超限高层建筑。该文用三个空间分析程序 SATWE、 PMSAP 和 MIDAS 进行计算，表明结构能达到 “小震不坏” “大震不倒” 的抗震设防要求。 关键词： 超限高层 剪力墙结构 抗震性能设计 1 工程概况 某规划高层建筑住宅为全现浇钢筋混凝土剪力墙结构，建筑层数 51 层，地下 2 层，地下二层结构层高为 4.5 m，地下一层结构层高为 5.0 m；地面首层层高 4.0 m，其他以上均为 3.0 m 层高的住宅，建筑至大屋面高度为 154 m。根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-20
2、10）判定，该结构为 B 级高度钢筋混凝土结构超高层建筑。根据建筑抗震设防分类标准（GB50223-2008），本工程的抗震设防类别为标准设防类，结构安全等级为二级，结构设计使用年限为 50 年。本工程结构超限类型及超限程度属高度超限、平面扭转不规则、平面凸凹不规则的超限高层建筑。 2 结构体系设计 本工程抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度为 0.05 g，设计地震分组为第一组。地质报告显示，建筑所处场地土类型为中软场地土，场地类别为类。 楼面采用全现浇钢筋混凝土梁板式结构。根据建筑功能要求并结合结构抗侧刚度的需要，在建筑物外围、转角处，利用电梯井、楼梯间、设备用房等处均匀设置剪力墙，
3、剪力墙底部厚为 400 mm，从下向上逐渐减薄到 200 mm。楼梯间及电梯井核心筒与周围竖向构件相连处的楼板厚度采用 150 mm，大屋面的楼板厚度为 150 mm。上部结构的嵌固端为地下室顶板。主楼地上部分剪力墙、连梁及框架梁抗震等级均为二级，地下室一层抗震等级为二级，地下室二层抗震等级为三级。主楼基础采用桩筏基础，筏板厚度 h=2.600 m，桩基采用钢筋混凝土后注浆钻孔灌注桩，桩径为 1200 mm，桩单桩竖向抗压承载力特征值 Ra=7600kN，桩端进入持力层深度不小于 10 m，有效桩长不小于 30 m，工程桩桩身混凝土强度等级为 C40。本工程为 B 级高度高层建筑，属超限高层建
4、筑，确定抗震性能目标为 D 级。 3 结构抗震性能设计思路 （1）根据多遇地震及风荷载等荷载作用下的弹性计算结果，按现行规范进行结构设计。 （2）利用屈服判别法进行设防烈度地震作用下结构构件的屈服验算，对结构的损伤程度进行分析。 （3）通过静力弹塑性方法验算罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角等指标是否满足规范要求，并对结构的损伤程度进行分析，确定结构薄弱部位，提出结构抗震加强措施。 4 多遇地震作用下的弹性分析 （1）根据高规 5.1.12 条规定，结构计算采用两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算，并进行对比分析。 （2）根据高规 5.1.13 条规定，抗震设计时，考虑平扭耦联
5、计算结构的扭转效应（CQC 法），振型数不小于 15，且各振型参与质量之和不小于总质量的 90%。 （3）考虑双向水平地震作用下的扭转效应。 （4）计算单向地震作用下的扭转位移比（考虑偶然偏心的影响）。 （5）各种计算均考虑施工过程的模拟。 （6） SATWE/PMSAP/Midas 弹性计算对比如下： a.SATWE 前三周期分别为 3.95、3.84、3.11，PMSAP前三周期分别为 4.10、3.94 、3.27，PMSAP 前三周期分别为 4.13、4.04、3.41； b.SATWE 最大层间位移角 1/1211 （X 向地震）、1/1303 （Y 向地震）、1/2442 （X 向
6、风）、1/2519 （Y 向风）；PMSAP 最大层间位移角 1/1194 （X 向地震）、 1/1241 （Y 向地震）、1/2526 （X 向风）、1/2633 （Y 向风）； c. 三种计算位移比分别为 1.37、1.35、1.34；有效质量系数分别为 98.1%、98.4%、98.3%。 5 中震弹性及中震不屈服验算 在设防烈度地震（中震）作用下，关键构件（底部加强区的核心筒、底部加强区外围的剪力墙）竖向构件的正截面承载力和受剪承载力均符合规定；关键构件均满足中震不屈服的要求。部分楼层的框架梁、连梁出现较轻微的抗弯屈服，进入屈服阶段，但其受剪承载力未出现明显退化，属于局部延性损坏，经一
7、般修理可继续使用。结构在设防烈度地震（中震）作用下能达到预期的性能目标。 6 大震作用下弹塑性分析 采用 MIDAS/Gen 进行大震作用下的结构静力弹塑性分析（Pushover 分析），在 MIDAS/Gen 中使用 ATC-40（1996 ）和 FEMA-273（1997）提供的能力谱法来对建筑物的抗震性能进行评价。 在本工程的 Pushover 分析中，选择三种类型的水平荷载分布模式，即模态分布模式、加速度常量分布模式和风荷载工况倒三角分布模式。考虑到结构布置及荷载分布的非对称性，每种荷载分别按 X、Y 两个主方向加载。 Pushover 分析完成后，由结构塑性铰的分布，判断结构薄弱位置
8、，根据塑性铰所处的状态，检验结构构件是否满足大震作用下性能水准的要求。 分析各个工况的能力谱曲线有以下特点： （1）在设定目标范围内，各荷载工况下得到的能力曲线均平滑上升，未出现陡降段或突变段。各能力谱大震需求谱均有交点。 （2）结构在 X 方向和 Y 方向的结构刚度和强度较为一致。 （3）模态分布加载模式更不利，而加速度常量加载模式过于保守。同时这也说明了推覆分析的结果在很大程度上依赖于水平荷载分布模式，选择多种加载模式并相互校验有利于对结构抗震性能的更好掌握。 7 结语 本工程为 B 级高度钢筋混凝土高层建筑，针对本工程采用了抗震性能设计方法，确定抗震性能目标为 D 级。 （1）用三个空间分析程序 SATWE、PMSAP 和 MIDAS 进行计算，施工图设计时取三个程序计算得到的不利结果进行结构构件的设计。 （2）根据静力弹塑性的分析结果，对结构中塑性状态程度较深的框架梁，将考虑适当加大截面、提高配筋率，以提高其承载力，防止这些部位发生较大的破坏。 （3）本工程能达到“ 小震不坏”“ 大震不倒 ”的抗震设防要求。 （4）通过合理的结构设计和采取适当的抗震加强措施，本工程能达到预期的性能目标。
