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高层结构分析方法(三):设防烈度下抗震性能分析

来源:广东省院结构安全顾问



高层结构分析方法(三):设防烈度下抗震性能分析

1)规范等效弹性计算方法

对于抗震性能水准1、性能水准2、性能水准3的结构可采用规范等效弹性计算方法计算构件的承载力,而性能水准4采用规范等效弹性计算方法计算构件的承载力时,结果偏保守。

中震弹性:不考虑地震组合内力调整系数的情况下,结构构件承载力满足中震弹性验算。但应考虑荷载作用分项系数,考虑材料分项系数和抗震承载力调整系数。

中震不屈服:计算中不考虑地震组合内力调整,荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取为1.0。

(2)动力弹塑性分析方法

对于抗震性能水准4的结构可采用动力弹塑性分析方法验算构件的承载能力。


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(1)抗剪承载力计算

梁,柱,剪力墙和斜撑构件的抗剪承载力可采用常用设计软件根据规范的抗剪承载力计算公式进行验算。

(2)压弯-拉弯承载力计算

普通钢筋混凝土柱、剪力墙和斜撑构件的承载力可采用常用设计软件根据规范的压弯-拉弯承载力计算公式进行验算。对于几何形状复杂、材料多样的组合截面则需要使用正截面承载力验算软件,比如采用XTRACT,SRCTRACT对埋入型钢的巨柱、格构式钢管柱、型钢组合剪力墙等构件进行压弯-拉弯承载力验算。

(3)受拉墙肢计算

中震不屈服计算的整片剪力墙最大拉力,一般不考虑结构整体由于剪重比、刚度比等不满足所进行的地震力放大影响,否则将导致剪力墙的最大拉力偏大。

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)第十二条,“中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力”,当墙肢出现较大拉力时,即墙肢的名义拉应力超过混凝土抗拉强度时,宜设置型钢提高抗震性能,避免结构底部剪力墙出现剪切破坏或拉弯破坏,以满足抗震结构性能目标要求。


高层结构分析方法(三):设防烈度下抗震性能分析

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ 15-92-2013),不同抗震性能水准的结构计算要求见表1所示。国家《高规》与广东省《高规》在中震下承载力计算比较见表2所示。

高层结构分析方法(三):设防烈度下抗震性能分析

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(1)一般情况下,由于广东省《高规》的小震位移角限值较松,采用广东省《高规》做性能设计的执行性和经济性较好。

(2)主要指标由地震控的结构,中震配筋一般比小震的大,由于中震广东省《高规》配筋比国家《高规》的大,需综合考虑关键构件,构件耗能机制和小震的最大层间位移角确定采用广东省《高规》还是国家《高规》做性能设计。


高层结构分析方法(三):设防烈度下抗震性能分析

金隅大成西溪里二期2#项目,地上高93.95m,楼层数31层,地下室为1层。剪力墙厚度从底部300mm收至顶部的200mm。场地土类型为III类,地震设计分组为第一组,设防烈度为8度,剪力墙和框架抗震等级为一级,计算标准层平面图见图1。

高层结构分析方法(三):设防烈度下抗震性能分析

图1 平面布置图

(1)结构中震性能汇总

采用YJK软件对设防烈度地震作用下,除普通楼板、次梁以外所有结构构件的承载力验算,按中震不屈服的计算方法计算:即计算中不考虑地震组合内力调整,荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取为1.0。水平最大地震影响系数αmax=0.68,阻尼比ξ= 0.05。

整体模型计算结果见表3。从表可知,中震的基底剪力与小震的比值在2.09~2.14之间。

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将计算得到的内力对各关键构件进行了详细的构件验算,塔楼的构件验算情况汇总于表4。结果显示:关键部位剪力墙墙体满足抗弯部分屈服,抗剪弹性的要求;2#框架柱未出现屈服;大部分楼层的连梁或框架梁出现超筋的情况,但其均满足抗剪截面验算的要求。限于篇幅,仅列出第十层的配筋结果,见图2所示。

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图2  10层构件配筋图(部分连梁和框架梁出现屈服,剪力墙未出现屈服)


(2)中震作用下剪力墙拉弯-压弯验算

当剪力墙配筋很大时,需要在剪力墙内埋置型钢抗弯,由于常用设计软件不能计算剪力墙埋入型钢后的承载力,以下采用截面分析软件SRCTRACT计算组合构件的承载力。选取受力较为不利的首层剪力墙(剪力墙厚度减小楼层)进行承载力验算。

所有埋置型钢的剪力墙均需验算其抗弯承载力,限于篇幅仅列出首层W1和W2的承载力曲线。首层内力较大的剪力墙编号如图3所示。表4为剪力墙构件的P-M曲线及验算结果。其中PM3指绕X向的P-M曲线,PM2轴指绕Y向的P-M曲线,PMxx指各组合绕X轴内力,PMyy指各组合绕Y轴内力。

从表6可以看出剪力墙在中震作用下均未达到极限承载力。

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图3 首层墙布置图

表6 剪力墙拉弯-压弯验算

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(3)剪力墙受拉分析

由于本项目的抗震设防烈度为8度,在地震作用下剪力墙存在较大拉力的情况,设计时根据拉力的大小在剪力墙内设置一定数量的型钢,以增加剪力墙的抗拉能力。下面对首层剪力墙(图3)进行中震下墙体拉力分析,当剪力墙拉应力比超过1.2时,拉力全部由型钢承担。

在中震作用下,剪力墙最大拉力组合工况取恒载+0.5活载+地震,验算剪力墙在最大拉力下所需的抗拉型钢面积,见表7和表8所示。

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END


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