金 松 梅

(延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林 延邊 133000)

1 研究背景

就目前來(lái)看大城市聚集著更多的人口，越來(lái)越多的年輕人選擇到大城市進(jìn)行打拼，所以造就了大城市的人口密集、土地稀缺這一現(xiàn)狀。在大城市中發(fā)展高層以及超高層結(jié)構(gòu)已然成為了現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。國(guó)外已經(jīng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)有一定的研究，其研究成果對(duì)我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展有一定的借鑒意義。我國(guó)是人口大國(guó)，高層建筑可以成為解決人均土地較少問(wèn)題的方法之一，更能成為城市進(jìn)入現(xiàn)代化的一個(gè)標(biāo)志。大力發(fā)展高層建筑具有許多現(xiàn)實(shí)意義，例如提高土地利用率、節(jié)約社會(huì)資源、提升城市形象等。

2 研究意義

在地震頻發(fā)的地區(qū)，為對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以通過(guò)假設(shè)，對(duì)其進(jìn)行線性分析。在多遇地震下現(xiàn)在已經(jīng)有很成熟的分析軟件和計(jì)算辦法，可以將高層建筑結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)精確的模擬出來(lái)。但是對(duì)于罕遇地震，隨著地震強(qiáng)度和時(shí)間的增加，在高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件薄弱區(qū)域會(huì)發(fā)生屈服的情況、構(gòu)件自由度也會(huì)減少[1-4]，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)體系失去穩(wěn)定性，從而使建筑物發(fā)生倒塌。所以對(duì)處于罕遇地震作用下的高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析是非常有必要的。

3 工程概況

本文選擇的建筑為唐山市某一高檔住宅，建筑高度為95.58 m的34層高層建筑，結(jié)構(gòu)的抗震烈度為8度，抗震等級(jí)為一級(jí)。該高層建筑安全等級(jí)二級(jí)，場(chǎng)地類型為Ⅲ類，所處地區(qū)為抗震不利地區(qū)。該房屋結(jié)構(gòu)采用剪力墻體系，橫向剪力墻采用小墻肢，結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖1所示。在結(jié)構(gòu)中剪力墻混凝土標(biāo)號(hào)的選用如下：1層～7層為C45,8層～12層為C40,13層～20層為C35,21層～34層為C30；梁板均為C30。剪力墻主筋選用HRB400，箍筋選用HRB335。

4 罕遇地震計(jì)算結(jié)果分析

4.1 剪力系數(shù)

從地震反應(yīng)譜曲線中可以得到，結(jié)構(gòu)周期(Ts)的增大會(huì)使地震影響系數(shù)急速降低。當(dāng)Ts≥3.5 s時(shí)，可能會(huì)使地震加速度的實(shí)際值大于地震加速度的設(shè)計(jì)值，對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)會(huì)使其遭受到更大的損壞。此高層建筑結(jié)構(gòu)的最大周期為1.859 s，由表1得知剪力系數(shù)應(yīng)大于3.2%。

表1 結(jié)構(gòu)樓層的最小地震剪力系數(shù)取值表

4.2 重力二階效應(yīng)

在高層建筑中在風(fēng)荷載和地震作用下會(huì)產(chǎn)生水平位移，一般情況下重力二階效應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是重力P-Δ效應(yīng)，結(jié)構(gòu)在承受風(fēng)荷載和地震作用下，由于自身重量對(duì)構(gòu)件的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，這種力對(duì)水平位移影響比較大，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部失去穩(wěn)定性。二是由于構(gòu)件自身的材料、撓度等會(huì)產(chǎn)生P-δ效應(yīng)[5]即附加重力效應(yīng)。但第二種影響比較小，所以可以忽略不計(jì)。對(duì)高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求是要符合：

其中，EJd為結(jié)構(gòu)一個(gè)主軸方向的彈性等效側(cè)向剛度；H為房屋高度；Gi為第i層重力荷載設(shè)計(jì)值。

經(jīng)計(jì)算得出X向剛重比為5.17，Y向剛重比為5.59。計(jì)算結(jié)果符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，因此不需要考慮重力二階效應(yīng)。

4.3 頂點(diǎn)位移及層間位移角

應(yīng)用Midas/Gen(建筑結(jié)構(gòu)有限元分析和設(shè)計(jì))計(jì)算軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行Push-over分析，由圖2知在該地震作用下，X方向產(chǎn)生的最大位移為56.9 mm，而Y向產(chǎn)生的最大位移為71.7 mm。

為了調(diào)整好層間位移角的大小，可以嚴(yán)格控制各類受力構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的寬度。當(dāng)層間位移角過(guò)大時(shí)可以增大構(gòu)件的橫截面面積，提高鋼筋混凝土的強(qiáng)度與剛度[6]。該結(jié)構(gòu)在此地震作用下Y向最大層間位移角為1/1 056，X向最大層間位移角為1/1 293。該指標(biāo)與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)于層間位移角小于1/1 000的要求相吻合，故該結(jié)構(gòu)層間位移角滿足規(guī)范要求。

4.4 剪力墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

由《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的計(jì)算公式。

其中，q為作用于墻頂組合的等效豎向均布荷載設(shè)計(jì)值；Ec為混凝土的彈性模量；t為剪力墻截面厚度；l0為剪力墻墻肢的計(jì)算長(zhǎng)度，由下式確定：l0=βh,β為墻肢長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，對(duì)于單片獨(dú)立墻肢取1.0，h為墻肢所在結(jié)構(gòu)樓層的高度。

計(jì)算得出剪力墻穩(wěn)定性。拿出該高層建筑結(jié)構(gòu)中最易失穩(wěn)單元進(jìn)行計(jì)算連梁墻肢為300 mm，層高為2.9 m經(jīng)計(jì)算得出q為10.8 kN大于設(shè)計(jì)值，故該結(jié)構(gòu)剪力墻穩(wěn)定性符合規(guī)定。

5 分析結(jié)論

1)經(jīng)過(guò)建模，對(duì)該高層在罕遇地震下進(jìn)行了彈塑性分析計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定條文進(jìn)行對(duì)比，該高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角、穩(wěn)定性等性能表現(xiàn)相對(duì)合理，滿足大震不倒的抗震指標(biāo)。2)結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)中剪重比、剛度比、頂點(diǎn)位移、重力二階效應(yīng)及剪力墻穩(wěn)定性驗(yàn)算能夠找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不合理之處，可以提前進(jìn)行優(yōu)化處理。3)Push-over分析方法是將地震的動(dòng)力效應(yīng)近似等效替換為靜態(tài)荷載，此方法只能分析出結(jié)構(gòu)在靜態(tài)荷載作用下的受力性能，而無(wú)法直觀反映出結(jié)構(gòu)在地震作用下具體的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)，并且由于地震的瞬時(shí)變化會(huì)造成結(jié)構(gòu)的剛度退化、內(nèi)力重分布等非線性動(dòng)力反應(yīng)，因此對(duì)一些重要建筑，應(yīng)采用彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析來(lái)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。