李信橋

摘 要：本文結合工程實例，對某鋼結構建筑進行結構超限分析，該教學樓結構體系復雜，結構體系嚴重不規(guī)則，按照《建筑抗震設計規(guī)范》采用盈建科（YJK）進行靜力彈塑性分析，保證結構設計安全可靠。

關鍵詞：多層；鋼結構；彈塑性；超限

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.103

1 工程概況

本工程位于上海市青浦區(qū)，規(guī)劃面積內(nèi)擬建一座中小學，本建筑為其中一座單體建筑，本建筑地上3層，局部二層，屋面為斜屋面，屋面最高點建筑高度為22.65米，地下局部一層，建筑首層功能主要為劇場、多功能廳、社區(qū)商業(yè)；二層為閱覽室、書庫；三層為閱覽室，屋面為局部為非上人屋面，局部為上人種植屋面。根據(jù)《抗震設防分類標準》該建筑為乙類，應按提高一級采取抗震措施。

2 結構體系

該建筑上部為鋼框架結構，局部大跨部位采用鋼桁架結構，局部大跨屋蓋采用網(wǎng)架結構，部分現(xiàn)澆混凝土屋面板和現(xiàn)澆混凝土樓板。

3 不規(guī)則項

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》建質(zhì)【2015】67號、《上海市超限高層建筑抗震設防管理實施細則》滬建管【2014】954號以及現(xiàn)行《建筑抗震設計規(guī)范》，對本工程進行結構超限檢查，主要存在以下不規(guī)則項：

（1）一般不規(guī)則項：①首層頂舞臺與門廳處沒有樓板連接，開洞面積為100%，樓板局部不連續(xù)。②最大懸挑部位懸挑長度約10m，大于4m， 側向剛度不規(guī)則。③劇場看臺部位柱只到看臺頂，部分柱到閱覽室頂，未到屋頂，豎向抗側力構件不連續(xù)。④本層和上層受剪承載力之比的最小值為0.71，為承載力突變。

（2）特別不規(guī)則項：地震力作用下最大水平位移比為1.45大于1.4，扭轉偏大。

因為結構超限，對結構整體及關鍵部位采取相應加強措施，并用YJK軟件進行靜力彈塑性分析。

4 計算結果分析

（1）靜力彈塑性分析結果（推覆分析）（規(guī)定水平力加載）。采用YJK靜力彈塑性模塊進行結構分析計算。

本工程在施加完成結構的豎向荷載（1.0恒+0.5活）后，分別對結構的 X 向和 Y 向，45°方向以及135°方向進行推覆分析，側推荷載按規(guī)定水平力施加。需求譜地震影響系數(shù)最大值取 0.45，特征周期取1.1S，阻尼比取 0.05。

地震影響系數(shù)最大值：0.45；特征周期：1.1；結構阻尼比：0.05；水平荷載：規(guī)定水平力加載；是否考慮p-delta效應：考慮；豎向荷載：1.0恒+0.5活；收斂條件：容許不收斂，控制最大迭代次數(shù)20，誤差5%；停止條件：層間位移角達到1/5。

①結構在135度負向推覆的層間位移角最大，以此為例，結構在能力譜和需求譜相交性能點的下的層間位移角為1/293，位于結構3層，小于1/50，表明結構具有抵御7度（0.10g）大震的能力，結構能夠在7度（0.10g）大震作用下保證“大震不倒”。

②結構能力譜-需求譜曲線。135°正向推覆下的結構能力普-需求普曲線如下：

③結構損傷。以135°負向推覆下的結構塑性鉸發(fā)展進行描述：

下圖分別為中震性能點塑性鉸分布圖和大震性能點塑性鉸分布圖。可以看出，在中震下，結構構件大部分處于輕微損傷階段，局部梁柱節(jié)點中等損傷。在大震性能點階段，大部分柱端出現(xiàn)塑性鉸，首層柱底均未出現(xiàn)塑性損傷。

計算結果表明：結構在7度（0.10g）小震作用下豎向構件無塑性鉸出現(xiàn)，結構基本處于彈性階段；中震作用下，結構首層以上部分梁柱相繼出現(xiàn)塑性鉸，塑性損傷程度輕微；從能力曲線看，結構在中震時整體結構基本處于彈性階段；大震作用下，結構構件逐漸出現(xiàn)塑性鉸，懸挑部位構件損傷程度較重，其他部位構件塑性程度較淺，底層柱基本沒有大的損傷。從結構能力需求曲線可以看出，也就是說當作用到結構上的荷載到達大震性能控制點之后，其仍處于強化上升階段，此時部分構件進入塑性之后并不會馬上退出工作，結構仍然具有穩(wěn)定的抗側推能力。在大震所對應的結構性能控制點到曲線的下降點還有較遠距離，如果繼續(xù)增加荷載，結構不會馬上倒塌，結構有一定的安全儲備；根據(jù)罕遇地震下結構能力曲線和需求曲線相交的性能控制點，結構在最不利方向（135°）最大層間位移角為1/286，小于規(guī)范1/50的限值要求，表明結構具有抵御7度（0.10g）大震的能力，能夠在7度（0.10g）大震作用下保證“大震不倒”。

（2）靜力彈塑性分析結果（推覆分析）（倒三角加載）。地震影響系數(shù)最大值：0.45；特征周期：1.1；結構阻尼比：0.05；水平荷載：倒三角加載；是否考慮p-delta效應：考慮；豎向荷載：1.0恒+0.5活；收斂條件：容許不收斂，控制最大迭代次數(shù)20，誤差5%；停止條件：層間位移角達到1/5。

計算結果：結構在135度負向推覆的層間位移角最大，以此為例，結構在能力譜和需求譜相交性能點的下的層間位移角為1/299，位于結構3層，小于1/50，表明結構具有抵御7度（0.10g）大震的能力，結構能夠在7度（0.10g）大震作用下保證“大震不倒”；從結構能力曲線可以看出，在大震作用下結構具有一定的安全儲備；從中震性能點塑性鉸分布圖和大震性能點塑性鉸分布圖中可以看出，在中震下，結構構件大部分處于輕微損傷階段，局部梁柱節(jié)點中等損傷。在大震性能點階段，大部分柱端出現(xiàn)塑性鉸，首層柱底均未出現(xiàn)塑性損傷。

5 結論

（1）結構在7度（0.10g）小震作用下豎向構件無塑性鉸出現(xiàn)，結構基本處于彈性階段。

（2）中震作用下，結構首層以上部分梁柱相繼出現(xiàn)塑性鉸，塑性損傷程度輕微；從能力曲線看，結構在中震時整體結構基本處于彈性階段。

（3）結構在規(guī)定水平力下的靜力彈塑性分析結果與倒三角作用力下的靜力彈塑性分析結果基本一致，說明靜力彈塑性分析結果較為可靠。

參考文獻：

[1]徐培富.復雜高層建筑結構設計[M].中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]高立人，方鄂華，錢稼茹.高層建筑結構概念設計[M].中國計劃出版社，2005.

[3]建筑抗震設計規(guī)范 GB 50011-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]鋼結構設計標準 GB 50017-2017[S].北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2018.