段星宇 陳銳蘭

（1.四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000；2.深圳市鶴之峰建筑有限公司成都分公司，四川成都 610000）

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，大跨梁不僅需要考慮水平地震作用的影響，同時(shí)也是對(duì)豎向地震作用十分敏感的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，失效可能引起結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞或危及生命安全的嚴(yán)重破壞。大跨梁通常作為關(guān)鍵構(gòu)件，是結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)。大跨梁梁柱節(jié)點(diǎn)的承載力對(duì)結(jié)構(gòu)整體的抗震性能起著決定性的作用。本文對(duì)某超限高層建筑中的大跨梁型鋼混凝土組合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了ABAQUS有限元分析，探討其是否能滿足罕遇地震下的性能要求。

1 工程概況

工程位于攀枝花市仁和區(qū)（防烈度為7度、設(shè)計(jì)地震分組為第三組），主要建筑功能為政務(wù)服務(wù)中心、圖書(shū)館及檔案館等，總建筑面積約為12.5 萬(wàn)m2，地上9層，房屋高度為45.85 m。建成后預(yù)計(jì)使用人數(shù)超過(guò)8 000人，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50223—2008）[1]，劃為重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)。本工程地上有3層存在明顯的樓板缺失，有效樓板寬度與典型樓板寬度之比<35%，屬于特別不規(guī)則的超限高層建筑[2]。綜合考慮了結(jié)構(gòu)整體與構(gòu)件的承載力、經(jīng)濟(jì)性以及舒適性等，關(guān)鍵構(gòu)件部分的性能目標(biāo)確定為C，其余構(gòu)件性能目標(biāo)確定為D。

2 分析模型

結(jié)構(gòu)典型平面布置如圖1所示。

圖1 典型平面布置

平面X向和Y向均存在局部大跨，選取圖示位置的大跨梁柱節(jié)點(diǎn)（跨度約為33 m）作為本文分析對(duì)象。大跨部位采用單向大跨型鋼梁+鋼筋桁架樓承板結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)平衡跨采用型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)。大跨梁為關(guān)鍵構(gòu)件，其梁柱節(jié)點(diǎn)在罕遇地震下應(yīng)達(dá)到第4性能水準(zhǔn)。

建立ABAQUS有限元分析模型，模型包括梁、柱混凝土，梁、柱鋼骨及節(jié)點(diǎn)加勁板，梁、柱鋼筋等。

梁柱具體如圖2～圖5所示。

圖2 梁柱節(jié)點(diǎn)分析模型

圖3 型鋼柱截面（單位：mm）

圖4 大跨梁截面（單位：mm）

圖5 平衡梁截面（單位：mm）

對(duì)比采用盈建科軟件大震反應(yīng)譜計(jì)算得到的各計(jì)算層節(jié)點(diǎn)內(nèi)力，提取最不利的單工況內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值，分別按照SGE+兩種組合形式加入節(jié)點(diǎn)分析模型[3]。

工況1、工況2為平衡端起控制作用，工況3、工況4為大跨端起控制作用。

對(duì)比工況1～工況4，選取工況1、工況3作為最不利組合（彎矩和剪力均較大）進(jìn)行有限元分析。

模型的邊界條件及荷載輸入如圖6所示。

圖6 邊界條件及荷載輸入

荷載輸入值如表1所示。

表1 梁柱節(jié)點(diǎn)荷載輸入統(tǒng)計(jì) 單位：kN·m

3 結(jié)果分析

經(jīng)計(jì)算，在內(nèi)力組合工況1荷載模式下，混凝土最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在平衡梁端底部，達(dá)到34.6 MPa，混凝土開(kāi)始出現(xiàn)輕度受壓損傷（損傷指數(shù)小于0.5）。梁型鋼的最大應(yīng)力出現(xiàn)在平衡梁端頂部，343 MPa<345 MPa，滿足性能要求節(jié)點(diǎn)內(nèi)柱型鋼的最大應(yīng)力約為249 MPa，仍有較大的安全儲(chǔ)備，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)型鋼應(yīng)力小于框架梁型鋼的應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震設(shè)計(jì)理念。鋼筋的最大應(yīng)力為360 MPa，亦未發(fā)生屈服。由此判斷該大跨梁梁柱節(jié)點(diǎn)在工況1可以達(dá)到所設(shè)定的性能要求[4-5]。

通過(guò)荷載模式計(jì)算后可知，工況3混凝土最大壓應(yīng)力為33 MPa，局部混凝土輕度受壓損傷（損傷指數(shù)小于0.5）。梁型鋼最大應(yīng)力在大跨梁端底部，301 MPa<345 MPa，滿足性能要求，尚有約15%的安全儲(chǔ)備。節(jié)點(diǎn)內(nèi)柱型鋼的最大應(yīng)力僅為154 MPa，節(jié)點(diǎn)型鋼應(yīng)力小于框架梁型鋼的應(yīng)力。鋼筋的最大應(yīng)力為150 MPa，亦未發(fā)生屈服。由此判斷該大跨梁柱節(jié)點(diǎn)在工況3可以達(dá)到所設(shè)定的性能要求。各工況梁柱節(jié)點(diǎn)分析小結(jié)如表2所示。

表2 梁柱節(jié)點(diǎn)分析小結(jié)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)精細(xì)化分析，大跨梁梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域在平衡端起控制作用的荷載模式以及大跨端起控制作用的荷載模式下均未屈服，節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)鋼骨仍有較大的安全儲(chǔ)備，承載力明顯高于構(gòu)件。節(jié)點(diǎn)區(qū)域在罕遇地震作用下，能夠滿足承載力設(shè)計(jì)要求，達(dá)到所設(shè)定的性能水準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)理念，其設(shè)計(jì)與分析方法能夠?yàn)轭?lèi)似工程提供一定的參考。