富顺宏帆广场超限高层建筑结构抗震性能化设计

熊虎铖

【摘　要】基于性能的抗震设计是超限高层建筑结构抗震设计的通用方法。本文以实际工程为例进行抗震性能化设计，采用多种分析方法对结构体系和构件进行分析并提出加强措施，使建筑结构达到相应的抗震设防目标。为超限高层建筑结构性能化设计提供参考。

【关键词】性能化设计；加强措施；设防目标

1 工程概况

本次选取富顺宏帆广场2#楼为例进行计算，该综合楼高98.8ｍ，地上3层为商业，上部27层为住宅，结构转换层设置在第三层，抗震设防烈度VII度，场地类别Ⅱ类，结构类型为部分框支剪力墙结构，基础顶面嵌固。由于结构存在竖向抗侧力构件不连续、标准层有效楼板宽度小于50%，扭转不规则，为超限高层建筑结构。采用PKPM和MIDAS两种三维空间软件计算，通过各结构构件在中震和大震作用下的计算，采取相应的加强措施后能够满足选取的性能目标。

2 抗震性能目标

结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素。依据高规3.11条针对性选用D级性能目标（底部加强区的关键构件为C级性能目标）及相应的抗震性能水准。对应抗震性能目标的选择详下表：

小震下所有构件及中震下关键构件通过设计计算满足要求，中震下部分构件及大震下关键构件通过截面控制条件进行设计，中震下次要构件和大震下其他构件通过概念设计、构造措施和结合大震弹塑性分析结果的定性或定量设计给予保障。

3中震弹性分析

本工程抗震设防烈度为7度0.10g，根据地表50年超越概率10%的地震动参数进行中震效应计算，规范给出中震的水平地震影响系数最大值amax=0.230。按中震弹性进行构件设计时不考虑地震内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯），采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数γre，构件承载力计算时材料强度采用设计值。中震弹性计算下1F～3F框支柱、底部加强区核心筒外墙正截面和斜截面承载力满足预设的性能目标。其中型钢柱抗剪基本为构造配筋，在转换柱抗剪比例不足楼层中有一定的强度储备。

4中震不屈服分析

当按中震不屈服进行构件设计时不考虑地震内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯等），荷载作用分项系数取1.0（组合值系数不变），材料强度取标准值，抗震承载力调整系数γre 取1.0。核心筒墙体、框支柱具有代表性的1F～3F计算结果表明中震不屈服计算下剪力墙及转换柱抗弯均满足预设的性能目标。

中震不屈服组合下核心筒外墙抗弯依然为构造配筋，这是由于在7度抗震设防的情况下地震力相对不大，地震力放大的影响在放宽分项系数及材料强度的情况下并不显著。按照小震弹性计算和中震不屈服组合的包络值进行核心筒外墙抗弯设计，抗弯的中震不屈服得以实现。此外，底部加强区以外核心筒外墙抗剪和框支柱弯剪的中震不屈服设计也较易实现。下极个别连梁在19层~25层发生抗弯屈服，约占整楼连梁数的比例不足1.0％；整楼未发生抗剪屈服，完全满足性能水准 4 的要求。结构X方向和Y方向的层间位移角均满足规范要求的性能目标。

中震作用计算的竖向构件配筋分析发现，竖向构件的配筋几乎与小震计算结果相同，部分框架梁配筋有一定增加。但根据高规3.11.3条规定，在设防烈度地震作用下，关键构件的抗震承载力应满足不屈服,部分竖向构件以及大部分耗能构件进入屈服阶段，钢筋混凝土竖向构件的受剪截面应满足要求，可见2#楼满足规范要求的性能目标4的要求。

从以上分析可知本结构在中震作用下，结构基本保持弹性，仅个别耗能构件轻微损坏稍加修理即可继续使用，达到了预期的“中震可修”抗震性能目标。

5大震弹塑性计算

本工程取大震水平地震影响系数最大值αmax =0.50。为满足结构抗震性能目标，框支柱和落地剪力墙需满足大震下正截面和斜截面控制条件。按照大震的标准组合，材料强度均按标准值进行验算，抗震承载力调整系数均取1.0。对底部加强区范围逐层校验框支柱和落地剪力墙截面抗剪控制条件，全部核心筒外墙满足抗剪截面控制条件。

大震下关键构件正截面和抗剪验证结果表

楼层	校验结果
3F	全部满足正截面和受剪截面
2F	全部满足正截面和受剪截面
1F	全部满足正截面和受剪截面

计算结构表明核心筒墙体、框支柱在1F～3F的关键构件都能满足抗剪截面控制条件，同时正截面承载力也满足控制条件。如有需要，多数关键构件截面通过调整配筋依然可以工作在弹性范围，结构能满足规范要求的性能目标5的要求。从以上分析可知本结构在大震作用下，关键构件通过调整配筋可以工作在弹性范围。

罕遇地震作用下，各层框架梁大部分都处于不屈服或轻微损坏，少部分框架梁处于轻度损坏，极少数框架梁发生了中度损坏。结构连梁均发生不同程度的损坏，在大震中耗散了大量的能量，有效的减轻了结构剪力墙、柱等竖向构件在地震中的损伤。结构整体具有良好的耗能能力，结构体系布置合理，结构构件具有充分的延性，结构整体具有良好的抗震能力。结构整体性能满足预期的性能目标。

罕遇地震作用下，位于底部加强区的结构剪力墙、框支柱均大部分未发生屈服，少部分发生轻微损坏，非底部加强区剪力墙、柱绝大多数仅发生轻微或轻度损坏，结构整体剪力墙、柱均处于无损坏或仅有轻微、中度损坏，整栋结构竖向构件无严重损坏，结构在经历大震作用后仍具有充分的竖向及侧向荷载承载力。

6结束语

结构在设防地震作用下按第4性能水准的要求进行弹塑性计算分析。计算内力时不考虑与抗震等级有关的内力放大系数，不考虑抗震调整系数，材料强度取标准值；结构关键构件抗震承载力不屈服；部分竖向构件及大部分耗能构件允许进入屈服阶段；钢筋混凝土竖向构件受剪截面符合抗剪截面限制条件。结构在罕遇地震作用下按第5性能水准的要求进行弹塑性计算分析。计算内力时不考虑与抗震等级有关的内力放大系数，不考虑抗震调整系数，材料强度取标准值；结构关键构件抗震承载力不屈服；较多竖向构件进入屈服阶段，但同一楼层的竖向构件不宜全部屈服；竖向构件受剪截面符合抗剪截面限制条件；允许部分耗能构件发生比较严重的破坏；结构薄弱部位的层间位移角应符合高规3.7.5条要求。结构整体性能达到预期的性能目标。

参考文献

[1]李国胜.简明高层钢筋混凝土结构设计手册.

[2]建筑抗震设计规范(GB5011-2010)(2016年版).

[3]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010).

[4]多层及高层建筑结构弹塑性动力、弹塑性静力分析软件SATWE用户手册及技术条件.