浅谈某超限连体剪力墙结构在小震作用下的弹性分析.doc

1、浅谈某超限连体剪力墙结构在小震作用下的弹性分析摘要：随着现代建筑的要求不断提升，越来越多的高层建筑需要进行超限弹塑性分析。本文根据某超限连体剪力墙结构，浅谈在小震作用下的弹性分析方法，仅供同行指导交流。 关键词：连体剪力墙结构；小震作用下；弹性分析 中图分类号： TU398+.2 文献标识码：A 1项目实例 某高层建筑项目位于广州市，总建筑面积 13 万 m2，由 10 栋 17 层的高层住宅(A1A10)、3 栋 7 层的多层住宅(B1B3)和 2 栋商业楼组成及2 层地下停车场组成。本文针对 A5A6A7 为案例分析小震作用下的弹性分析。 根据标准层为高档住宅的特点，考虑采用部分框支剪力墙

2、结构体系及剪力墙结构体系。各栋剪力墙作双向布置，单体在楼梯及电梯筒处设置核心筒。由于建筑需要，A5A6A7 栋要在第 8 结构层以上部分进行连体和转换，并且核心筒直接落地。楼盖系统采用普通钢筋混凝土梁板式，典型的平面布置如图 1.11.5 所示。 图 1.1 A5A6A7 栋 28 层建筑平面 图 1.2 A5A6A7 栋标准层连体建筑平面 图 1.3 A5A6A7 栋 28 层结构平面 图 1.4 A5A6A7 栋 9 层结构平面 图 1.5 A5A6A7 栋标准层结构平面 2结构超限类型和程度 根据广东省住房和城乡建设厅的广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则 ，对本工程的超限情况

3、判断见表 2.1 表 2.1 超限情况判断表 注：因两向转换墙体的面积均小于相应方向墙体总面积的 10%，且框支部分不至加大扭转不规则，故仍可视作一般剪力墙结构。 3抗震性能设计 针对本工程的超限情况、结构特点，对结构采用抗震性能设计，通过分析验算和措施加强，使结构在小、中、大震下分别能到达设定的抗震性能目标。 3.1 抗震性能目标 根据本工程的抗震设防类别、设防烈度、结构类型、超限情况和不规则性，按照高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3-2010）第 3.11 节的相关内容，设定本结构的抗震性能目标为性能 C，具体不同地震水准下的结构、构件性能水准详见表 3.1。其中层间位移角的限值参照抗

4、规的相关规定取用。 3.1.1 不同地震水准下的计算分析 （1）小震：目标为第 1 性能水准，采用 SATWE 程序按规范方法进行计算和设计，结果满足现行规范标准的相关规定，则可保证结构在小震作用下“完好、无损坏”的性能目标。 （2）中震：目标为第 3 性能水准，采用 SATWE 程序进行近似分析，不考虑与抗震等级有关的增大系数，构件设计按以下标准： 1）关键构件及普通竖向构件正截面承载力按不屈服设计，满足式（标准值）： 2）关键构件及普通竖向构件受剪承载力按弹性设计，满足式（设计值）： 3）部分耗能构件进入屈服阶段，但其受剪承载力按不屈服设计，满足式（标准值）： （3）大震：目标为第 4 性

5、能水准，分别采用 PKPM 进行静力弹塑性分析（Pushover）及 A5A6A7 栋采用 Perform-3D 进行弹塑性时程分析，不考虑与抗震等级有关的增大系数，构件设计按以下标准： 1）关键构件正截面承载力及受剪承载力按不屈服设计，满足式（标准值）： 2）部分普通竖向构件进入屈服阶段，但其受剪截面应满足截面限制条件（标准值）： 3）大部分耗能构件进入屈服阶段，但主要的框架梁受剪截面满足截面限制条件（标准值）： 3.2 小震作用下的弹性分析 3.2.1 弹性静力分析 3.2.1.1 计算软件 采用中国建筑科学研究院编制的 SATWE 软件进行弹性整体计算分析，并用 Etabs 软件进行校核

6、对比分析。 3.2.1.2 基本假定及主要参数取值 计算模型的基本假定及主要输入参数如下表 表 3.2.1.1 计算基本假定和主要输入参数表 3.2.1.3 静力计算主要结果汇总 弹性反应谱静力计算结果汇总见表 3.2.1.2。 表 3.2.1.2 A5A6A7 栋弹性反应谱计算主要结果汇总表 注：当楼层层高大于相邻上层的 1.5 倍时，为该层侧刚与上层侧刚 1.1倍之比；当为底部嵌固端楼层时，为该层侧刚与上层侧刚 1.5 倍之比；其余层则为该层侧刚与上层侧刚 0.9 倍之比。 3.2.1.4 整体指标计算结果小结 1、两个软件的计算结果基本接近，表明计算模型是基本准确的，计算结果是合理、有效

7、的，可以作为设计依据。 2、以扭转为主的第一周期与以平动为主的第一周期的比值0.85，满足高规第 3.4.5 条的要求。 3、基底剪重比采用最大地震作用方向及相应的垂直方向的结果，但计算结果不足时程序将自动调整至满足高规第 4.3.12 条的要求。 4、层间位移角满足高规第 3.7.3 条的要求。 5、扭转位移比超过了高规第 3.4.5 条规定的“不宜”值 1.2，但小于“不应”值 1.4。属于类扭转不规则。 6、楼层侧向刚度比满足高规第 3.5.2 条的要求，属于侧向刚度规则结构。 7、楼层受剪承载力比满足广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则的要求，不属承载力突变结构。 8、刚重比

8、大于 2.7，满足高规第 5.4.4 条的强制性要求，依据第 5.4.2 条不需考虑重力二阶效应。 9、楼层质量比满足高规第 3.5.6 条的要求。 3.2.1.5 墙柱轴压比 根据高规第 6.4.2 条和第 7.2.13 条，结合结构体系和构件抗震等级，确定本工程墙柱的轴压比限值详表 6.2.3。框架柱、剪力墙的最大轴压比详表 3.2.1.3，可见均满足规范要求。 表 3.2.1.3 A5A6A7 栋框架柱、剪力墙的最大轴压比 3.2.2 弹性动力时程分析 根据高层建筑混凝土结构技术规程第 4.3.4 条，本工程需采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算，主要对计算的底部剪力、楼层剪力和

9、层间位移角进行比较，当时程分析结果大于振型分解反应谱法分析结果时，相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。本工程该项分析选用的计算软件为 PKPM。 3.2.2.1 地震波的选取 按照频谱特性、有效峰值和持续时间的地震动三要素需符合规定的原则，根据建筑场地类别和设计地震分组，本工程选用了 5 组实际地震记录波（L197、L283、L284、L721、L722）和 2 组人工模拟波（User6、User7） ，各条波的谱曲线与规范反应谱的对比如图3.2.2.13.2.2.2 所示。地震作用效应取时程法计算结果平均值与 CQC法计算结果的较大值。 图 3.2.2.1 人工波 USER6 与振型分解反

10、应谱法的对比曲线 图 3.2.2.2 人工波 USER7 与振型分解反应谱法的对比曲线 3.2.2.2 弹性时程结果分析 1.底部剪力分析 时程作用下的结构底部剪力与规范反应谱作用下的底部剪力对比见表 3.2.2.1，可见每条波的底部剪力均不小于反应谱法的 65%且不大于135%，7 条波的底部剪力平均值不小于反应谱法的 80%且不大于 120%，满足高规第 4.3.5 条的要求。 表 3.2.2.1 A5A6A7 栋时程作用下的结构底部剪力与规范反应谱作用下的底部剪力对比 2.层剪力与层间位移角和 CQC 法的对比 各条地震波动力时程分析所得的最大楼层剪力、最大楼层位移、最大层间位移角等指标

11、包络曲线与 CQC 法的曲线比较详见图3.2.2.33.2.2.6。 图 3.2.2.3 A5A6A7 栋 x 向最大楼层剪力 图 3.2.2.4 A5A6A7 栋 y 向最大楼层剪力 图 3.2.2.5 A5A6A7 栋 X 向最大楼层位移角 图 3.2.2.6 A5A6A7 栋 Y 向最大楼层位移角 由层剪力曲线对比可知，除顶部部分楼层外，3 条波时程剪力平均值基本小于 CQC 法。 由层间位移角曲线对比可知，除顶部部分楼层外，其它 3 条波时程分析结果平均值基本小于 CQC 法。 3.弹性时程补充分析结论 进行构件设计时，按 CQC 法的计算结果进行配筋，对 A5A6A7 栋顶部部分楼层

12、地震剪力进行放大处理。 4结语 以上考虑小震组合的弹性计算分析结果表明，此连体剪力墙结构的的各项整体计算指标、竖向构件的轴压比和各构件的强度及变形等均能满足规范要求，小震作用下能达到“完好、无损坏”的第 1 水准的抗震性能目标。但除了要进行小震作用下的弹性分析，还需对结构进行中震和罕遇地震作用下的弹塑性分析。在此不一一赘述。 参考文献 1 GB 50011-2010，建筑抗震设计规范S。 2 JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程S。 3 DBJ 15-92-2013，广东省标准高层建筑混凝土结构技术规程S。4 汤莹.关于超限高层建筑结构抗震性分析J.建筑知识， 2012(02)。