名人国际高层建筑结构抗震性能研究.pdf

1 5 8 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 第3 7卷第 1 期 2 0 1 1 年 2月 名人国际高层建筑结构抗震性能研究 燕宁娜 ， 赵振炜。 1 ． 西安建筑科技大学建筑学院， 陕西 西安7 1 0 0 5 5 ； 2 ． 宁夏大学土木与水利工程学 院， 宁夏 银川7 5 0 0 2 1 ； 3 ． 宁夏现代建筑设计院 ， 宁夏 银川7 5 0 0 0 4 摘要 高层结构尤其是复杂结构应选用多程序多模型计算比较， 本结构分析采用主楼及地下室在内的整体模型， 选用 S A T - WE， P M S A P两个程序进行电算， 运用静力弹塑性分析 P u s h - o v e r 方法进行静力弹塑性分析， 对结构的整体抗震性能作出综合 评价。同时， 考察结构在弹塑性分析下的塑性铰发展机制， 找出薄弱部位并重点加强。 关键词 框架一剪力墙结构； 基础设计； 整体计算 中图分类号 T U 3 1 I ． 3 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 81 9 3 3 2 0 1 1 0 11 5 8 0 3 Th e s e i s mi c p e r f o r m a n c e o f h i g h- r i s e s t r uc t u r e s o f Ce l e b r i t y I n t e r n a t i o n a l b u i l d i n g YAN Ni n g n a ． ZHA0 Zh e n we i ， 1 ． S c h o o l o f A r c h i t e c t u r e ， X i ’ a n U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 5 ， C h i n a ； 2 ． C i v i l a n d Hy d r a u l i c E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f N i n g x i a U n i v e r s i t y ， Y i n c h u a n g 7 5 0 0 2 1， C h i n a ； 3 ． N i n g x i a Mo d e m A r c h i t e c t u r e D e s i g n I n s t i t u t e ， Y i n c h u a n g 7 5 0 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Es p e c i a l l y i n h i gh ris e s t r u c t ur e s a nd mo r e co mp l e x s t ruc t u r e s s h o u l d b e u s e d i n mu l t i mo de l c o mp a r i s o n pr o c e du r e ．Th e s t r u c t u r e o f t h e b a s e me n t w i t h t h e ma i n b u i l d i n g a n d t h e o v e r a l l mo d e 1 ． U s e S A T W E， P MS A P t wo p r o c e d u r e s c o mp u t i n g ． S t a t i c an a l y s i s u s i n g t h e P u s h o v e r n o n l i n e a r s t a t i c a n a l y s i s m e t h o d i n o I d e r t o ma k e e v a l u a t i o n t h e s e i s m i c p e r f o r m anc e o f s t r u c t u r e s ． M e anw hi l e ， e l a s t o p l a s t i c a n aly s i s o f s t r u c t u r e s u n d e r s t u d y i n t h e d e v e l o p me n t o f t h e p l a s t i c h i n g e me e h a ms m． I t h a s i d e n t i fi e d t h e w e a k p a r t s ， a n d f o c u s o n s t r e n g t h e n i n g ． Ke y wo r d s f r a m s h e a r wa l l ； f o u n da t i o n de s i g n； t he o v e r a l l c a l c u l a t i o n 1 工程概况 名人 国际高层建筑位于新世纪花园四组团， 东 靠名人大厦 ， 南面为 9层住宅楼 ， 北临名人广场 ， 西 侧与新一中隔民族街相望。名人国际是宁夏住宅集 团倾力打造的高档高层综合楼项 目， 见图 1 。 名人 国际高层建筑总建筑面积 2 5 9 8 0 m ， 其 中 两层地下室为 2 0 0 0 m ， 地上为 2 3 9 8 0 m 。主楼地 上 2 2层 ， 高 7 9 ． 7 0 m， 标准层高为 3 ． 3 0 m。地下层 为消防水池 、 泵房、 柴油发电机房 、 锅炉房等设备用 房和汽车库 ； 1～ 4层为大空间商业用房 ， 可作超市 、 健身会所、 餐饮等 ， 5 2 2层建筑 面积 1 8 8 0 0 m ， 为 商务住宅用房 。 主楼底部宽度 2 0 ． 3 0 m， 高宽比为 3 ． 9 3 ， 接近高 规规定的最大高宽 比 4 。因此 ， 对其抗震性 能进行 深入分析， 很有必要。 图 1建筑效果 Fi g． 1 Ar c hi t e c t ur al dr a wi ng s 2多遇地震 作用分析 昙 羿 1 97 4 一 ，女 ，陕 西 大 荔 人 ，在 读 博 士 研 究 生 I教 2 ． 1 计 算 模 型 及 主 要 参 数 作 者 简 介 燕 宁 娜 一 ，女 ，陕 西 大 荔 人 ，在 读 博 士 研 究 生 ，副 教 z 丌 异 俣 要 岂 放 土 暑 号 墨 弱 【 妻 冀 望 慧 璺 鎏 霪 墨 竺 喜 。 ， 结构分析采用主楼及地下室在内的整体模型。 基 金 项 目 宁夏大学 自然科学基金资助项 目 E n d z r 0 9 4 9 ． ．． 一⋯’⋯一⋯一 ⋯⋯一⋯⋯一 E m a i l y d z z w i 一 选用 S A T WE， P MS A P两个程序进行 电算。主体结 燕 宁娜 ， 等 名人 国际高层建筑结构抗震性能研究 1 5 9 构采用框架一剪力墙结构 ， 地上楼盖采用传力途径 比较简单 、 总体造 价较低 的主次 梁一现浇板 结构。 抗震设防烈度为 8度 ， 场地类别为 Ⅱ类 ， 设计地震分 组为第一组 ， 设计基本地震加速度 0 ． 2 0 g ， 场地土的 特征周期 0 ． 3 5 s ， 结构的阻尼比为0 ． 0 5 ， 周期折减系 数 0 ． 8 5 ， 考虑双向水平地震 作用和偶然偏心 ， 水平 地震影响系数最大值为 0 ． 1 6 ， 罕遇地震影响系数最 大值为 0 ． 9 0， 基本风压为 0 ． 6 5 k N ／ m ， 地面粗糙度 为 B类。剪力墙抗震 等级为一级 ， 框架抗震等级为 二级。振型组合方法 C Q C， 抗震计算取用 l 5个 振 型 ， 按模拟施工加荷计算方式。 2 ． 2结构 动力特 性 结构动力特性详见图 2和表 l 。由表 中数据可 知， 两个程序 电算结果的动力特性表现基本接近 ， 扭 转／ 平动周期 比均小于 0 ． 9 0 ， 满足规范要求 ， 表明工 程的抗扭 刚度较好 。 a 第 l 振型∞ 自平动 c o 第2 振型 晌 平动 c 第3 振型 扭转 图 2结构前 3阶周期模态 Fi g ． 2 S t r u c t u r e o f 3 - o r d e r m o d a l c y c l e 表 1 结构 动力特性 Tab l e 1 St ru c t u r al dy nami c c har ac t e r i s t i c s 2 ． 3 位移角和位移比 考虑楼板 刚性假定 ， 反应谱法计算得到 的结构 最大位移响应列于表 2 。 表 2 地震位移响应计算结果 Ta bl e 2 Ca l c u l a tio n r e s u l t s of t he e a r t hq uake di s pl ac e me nt r esPo n s e 由表 2可知， 层 间位移角均小于 1 ／ 8 0 0 ， 地上一 层底部剪重比均大于 3 ． 2 0 ％ ， 满足规范要求 。S A T - WE分析结果表明， 在考虑偶 然偏心 的 向地震作 用下 ， 顶层 的扭转位移 比达到 了 1 ． 2 1 ； 在考 虑偶然 偏心的 I ， 向地震作用下 ， 地上一层 的扭转位移 比达 到了 1 ． 4 8 ， 发生位置位于底层的角柱。可见 ， 在设 计 中需注重底部楼层面内刚度的加强 。 2 ． 4 楼 层 剪力和 楼层 位移 由图 3可知 ， 楼层剪力由上到下基本均匀增大 ， 无明显突变。 ， k N a 肪向最大楼层剪力曲线 b 坊向最大楼层剪力曲线 图 3 楼层剪 力沿竖 向的分布 Fi g． 3 Fl e er s along t he v e r t i c a l dist r i butio n of s he a r 由图4可知 ， 楼层位移 由下到上基本均匀增大 ， 无明显突变， 说明本工程的结构布置是合理 的。 ／ m m ／ ma n a 肪向最大楼层位移曲线 C o 坊 向最大楼层位移曲线 图 4楼层位移沿竖向的分布 F i g ． 4 Fl o o r s o f t h e d i s t rib u tio n o f d i s p l a c e me n t alo n g t he v er t i c al 3静力弹塑性分析与能力谱方法 静力弹塑性分析 P u s h o v e r 方 法是 以静力 渐 增荷载的形式来模拟地震作用， 考虑结构 的弹塑性 性质 以确定结构抵御地震作用能力 的方法。能力谱 方法是以结构的等效单 自由度体系为基础将地震反 应谱转换为需求谱 ， 与代表结构 自身性能 的能力谱 曲线共同得到结构 的需求位移， 用以验算在相应的 地震作用下结构是否满足设计要求 。 结构分析采用 主楼及地下室在内的整体模型。 选用 P K P M软件中的 P U S H模块进行静力弹塑性分 1 6 O 四川建筑科学研究 第 3 7卷 析。侧推荷载采用倒三角形分布， 对 ， l ， 方向加载 计算分析， 采用能力谱方法进行分析 。由图 5 ， 6可 知， 结构在罕遇地震作用下的抗倒塌验算满足规范 要求 ， 并且从塑性铰的发展状态也可以看出， 结构还 可以继续承载 ， 满足大震下不发生局部倒塌的要求。 说明结构抗震性能 良好 ， 具有较高的抗倒塌 能力 。 同时， 根据 P u s h ． o v e r 分析结果， 对结构 的个别薄弱 构件及部位进行了设计加强 ， 使整个结构都具有 良 好的抗震性能。 4 结论 1 本工程根据建筑平面尺寸及高度诸方面条 件， 选用 了最为合适 的框架一剪力墙结构 。结构布 置合理 ， 具有良好的抗震性能， 在结构计算分析和构 造措施中， 充分领会规范精神， 力求做到安全实用、 技术先进、 经济合理 、 方便施工。 2 高层结构尤其是复杂结构应选用多程序多 模型计算比较， 宜进行静力弹塑性分析， 对结构的整 体抗震性能进行综合评价。同时 ， 考察结构在弹塑 性分析下的塑性铰发展机制， 找出薄弱部位并重点 加强 。 图 5 2轴结构性能点出铰 F i g ． 5 2 - a x i s h i ng e s t r u c t u r e o f t h e p e rfo r ma n c e c h a r t t o po i n t l ， ， ， ⋯二⋯ ． 。 ， I J 1日 n 修l用 q ， ， J l J ， 、 ， I 1 ’ L ， 『 、 - 一 需求谱曲线 ， __ ． f ， 周期 一 加速 度 曲线 能力 曲线 。 _ ～ L担弼g 罐蝌嗷 ■■■ 0 O 0 0 3 O 0 ． 6 O 0 9 0 1 2 0 所在地区全国；罕遇地震；场地类型；2设计地震分组 ；1抗震设防烈度 ；8 地震影响系数最大值 g 0 ． 9 0 0特征周期 r ds 0 ． 4 0 0 弹性状态阻尼比0 ．0 5 0 能力曲线与需求谱曲线的交点坐标 2 ．9 5 1 。 0 ． 1 5 7需求层间位移角1 ／ 1 1 3 与需求点相对应的总加载步号4 0 相应的数据文件 抗倒塌验算图 T X T 图 6 结构抗倒 塌验算结果 F i g ． 6 Ch e c k i ng t h e r e s u l t s a g a i n s t t h e c o l l a p s e o f th e s t r u c t u r e 参 考 文 献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 0- 2 0 0 2混凝土结构设计规范 [ s ] ． 北京 中国建筑 工 业出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1建筑抗震设计规范 [ s ] ． 北 京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 3 ] J G J 3 2 0 0 2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 ， 2 0 0 2 ． [ 4 ] 赵振炜 ， 燕宁娜． 某高层宾馆结构设计 与分析 [ J ] ． 宁夏工程技 术 ， 2 0 0 8 I ． [ 5 ] 汪大绥， 贺军利， 张凤新． 基于弹塑性分析 P u s h - o v e r a n a l y s i s 的基本 原理和计算实例[ J ] ． 世界地震工程 ， 2 0 0 4， 2 0 1 ． 5 4 3 2■O 9 8 7 6 5 4 3 2 l I l l l 1 1 0 0 O O O O O O 0 m 例 川 m 瑚渤 ∞咖 “ n九儿n n陀 如 楼 詹一 ． 糕 罾醯雌舞