深圳某混合框-筒超高层结构大震弹塑性分析.docx

    深圳某混合框-筒超高层结构大震弹塑性分析    本工程为产品研发办公楼，位于深圳，地下5层，地上55层，主体结构高度255.20m建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0，设计使用年限50年抗震设防类别属于乙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震第一组，Ⅱ类场地，特征周期0.35s基本风压为0.75kN/m2，地面粗糙度按C类，体型系数1.4基础设计等级为甲级，采用桩基础，桩基持力层为微风化粗粒花岗岩本工程结构采用钢管砼框架—钢筋砼核心筒混合结构体系，外框架柱采用钢管混凝土柱，核心筒外采用钢-砼组合梁，核心筒内采用混凝土梁，核心筒外楼板为钢梁-混凝土板组合楼盖，楼板采用桁架支承板，核心筒内采用普通混凝土板沿建筑高度利用中区避难层Y向设置腰桁架，利用高区避难层X、Y向设置腰桁架，共2道标准层结构布置图见图1.1、1.2，28、39层带状桁架示意见图1.3、1.4，建筑剖面图见图1.5钢管混凝土柱截面沿高度由Φ1400×30减小至Φ1000×20，钢材强度为Q345，混凝土强度由C60减小至C30核心筒剪力墙墙厚由1200mm减至700mm，混凝土强度由C60减小至C30。

除外框架梁及楼、电梯间内梁外，钢梁高500mm，局部钢梁高600mm；外框架梁为800、1000mm；钢梁强度Q345，混凝土梁除地下室顶板采用C35，其余采用C30核心筒外板厚100mm，核心筒内板厚120mm；屋面层板厚120mm；地下室顶板混凝土强度采用C35，其余层采用C30框架抗震等级一级，剪力墙抗震等级为特一级图1.1标准层（奇数层）结构布置图图1.2标准层（偶数层）结构布置图图1.5建筑剖面图2.大震动力弹塑性时程分析根据《建筑抗震设计规范》[1]GB50011-2010第5.5.2-2-2条和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]JGJ3-2010第5.1.13条，本工程进行罕遇地震下的动力弹塑性时程分析动力弹塑性时程分析采用PKPM系列SASUAGE软件2.1地震波的确定根据本工程的场地地震安全性评价报告以及《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关规定，选取罕遇地震水准下的两组双向天然波和一组人工波将地震波加速度峰值调整为220gal2.2SAUSAGE的计算条件混凝土考虑损伤，钢材采用随动强化模型混凝土、钢材的本构关系见图2.4和图2.5阻尼采用Rayleigh阻尼，梁、柱、剪力墙、楼板都采用纤维模型。

对于梁单元(梁、柱)，沿截面方向划分为混凝土纤维、钢材纤维与钢筋纤维根据平截面假定可得各个纤维的应变，由本构关系，可得到纤维应力沿截面方向，对各纤维应力积分得到截面内力，再沿单元长度方向积分得到单元内力对于壳单元(剪力墙、楼板)，沿厚度方向划分为混凝土层、钢材层与钢筋层计算各个层的应变，由本构关系，可得到层应力沿厚度方向，对各层应变积分得到厚度内力，再沿单元面积方向积分得到单元内力连梁面筋、底筋与边缘构件杆单元采用杆单元模拟，仅考虑轴向拉压作用图2.2钢材应力-应变曲线墙体混凝土材料的损伤程度分别由受拉损伤参数dt和受压损伤参数dc进行表达，其中dt和dc由混凝土材料进入塑性状态的程度决定注:括号内为与小震相应方向地震力的比值表2.3大震弹塑性分析层间位移角图2.8核心筒墙体及连梁（立面展开图）损伤（从左至右1、2、3、4）图2.9图2.10图2.11图2.12图2.13图2.14（注：图2.10为框架柱混凝土压损伤，图2.11为框架柱钢管塑性应变，图2.12为钢框梁塑性应变，图2.13、2.14分别为楼板混凝土拉、压损伤，图2.15为楼板钢筋塑性应变3.弹塑性结果分析上述分析结果表明：在罕遇地震作用下：（1）关键构件：1~5层框架柱混凝土未出现明显损伤，钢管未出现屈服；46~48、49~50层斜柱混凝土未出现明显压损伤，钢管仍保持弹性状态；斜柱相连钢框梁未出现屈服；底部加强部位（1~5层）核心筒角部出现压损伤，损伤因子<1.0，墙体水平及纵向钢筋未出现屈服。

在施工图设计时，对核心筒角部设置型钢予以加强整体上而言，关键构件基本满足设定的性能目标2）普通竖向构件：加强层腰桁架未出现屈服；底部加强部位以上核心筒在局部收进、变截面部位出现压损伤，损伤因子<0.5；6层及以上框架柱混凝土未出现显损伤，钢管未出现屈服在施工图设计时，对核心筒剪力墙在局部收进、变截面部位增大竖向钢筋予以加强整体上而言，普通竖向构件基本满足设定的性能目标3）耗能构件：绝大部分连梁出现压损伤，损伤因子0.5~0.9，连梁耗能作用明显整体上而言，耗能构件基本满足设定的性能目标4）楼板：楼板受拉损伤在全楼范围均存在，从高度方向上看加强层及上一层（28、29、39、40层）楼板拉损伤较为明显，从平面上看塔楼四角、核心筒内及沿核心筒周边的板带损伤较为明显；楼板受压损伤的区域主要集中在沿核心筒周边的板带，以及加强层上一层（29、40层）与腰桁架相连的板带处在施工图设计时，需要对拉压损伤较为明显部位的板配筋予以一定的加强，以保证楼板有效的传递水平力整体上而言，楼板基本满足设定的性能目标5）三组波作用下结构的最大层间弹塑性位移角X向1/140、Y向1/138，满足规范限值1/100的要求。

因此，该塔楼可抵御工程所在场地地震波（峰值加速度220gal）的作用，较好的实现既定的抗震性能目标Reference[1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010[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  -全文完-。