復(fù)雜超高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法

復(fù)雜超高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法

0結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)地震的作用與高層建筑的其他負(fù)荷的作用明顯不同。例如，水平風(fēng)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)要求將高層建筑的實(shí)際風(fēng)負(fù)荷計(jì)算為100年一遇。在使用結(jié)構(gòu)時(shí)，實(shí)際風(fēng)負(fù)荷超過計(jì)算風(fēng)負(fù)荷值的可能性非常小。但地震作用卻不同,地震發(fā)生的隨機(jī)性很強(qiáng),對(duì)某一地區(qū),在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大地震動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)變量,相對(duì)于其它荷載或作用而言,地震作用具有很大的不確定性。近幾十年來國內(nèi)發(fā)生的數(shù)次強(qiáng)烈地震,實(shí)際震中烈度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國家地震局發(fā)布的設(shè)防烈度,如1966年邢臺(tái)地震,震中烈度10度,而當(dāng)時(shí)的設(shè)防烈度為6度;1976年唐山地震,震中烈度達(dá)到11度,而當(dāng)時(shí)唐山的設(shè)防烈度也為6度;2008年汶川地震,震中區(qū)域及周邊主要影響地區(qū)的實(shí)際烈度比2008年局部修訂前的《中國地震烈度區(qū)劃圖》和GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的設(shè)防烈度高出平均2～3度,如汶川、茂縣、北川等地當(dāng)時(shí)的設(shè)防烈度均為7度,實(shí)際達(dá)到10～11度。在豎向荷載(恒+活)、風(fēng)荷載作用下,規(guī)范要求對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性分析,并按彈性內(nèi)力進(jìn)行承載力驗(yàn)算;但對(duì)地震作用,若要求在各種強(qiáng)度地震動(dòng)下,結(jié)構(gòu)仍然保持彈性狀態(tài)是很不經(jīng)濟(jì)的,對(duì)于高烈度區(qū)也是不可能做到的,因此,結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗御其它荷載的設(shè)計(jì)是完全不同的。我國89抗震規(guī)范提出“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo),即在多遇地震下結(jié)構(gòu)應(yīng)保持彈性狀態(tài),在設(shè)防烈度和罕遇地震下允許結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài),但應(yīng)控制結(jié)構(gòu)變形,確保大震下不倒塌。由于結(jié)構(gòu)在地震作用下彈塑性分析的諸多困難,目前規(guī)范主要采取基于承載力和構(gòu)造措施保證延性的抗震設(shè)計(jì)方法,即以多遇地震下按彈性方法計(jì)算地震力進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震承載力設(shè)計(jì),以構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)的延性;對(duì)單一防線的結(jié)構(gòu)和具有明顯薄弱層的結(jié)構(gòu),要求補(bǔ)充彈塑性變形驗(yàn)算,確保薄弱層變形不超過限值,防止結(jié)構(gòu)在大震下倒塌。與概念設(shè)計(jì)相關(guān)的抗震措施主要包括:①結(jié)構(gòu)高度限值和結(jié)構(gòu)規(guī)則性的要求;②結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性要求(細(xì)部構(gòu)造)。構(gòu)件的延性通過細(xì)部構(gòu)造實(shí)現(xiàn),主要包括地震內(nèi)力和效應(yīng)組合的調(diào)整放大和抗震構(gòu)造措施兩方面。由此可見,按上述方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)不規(guī)則指標(biāo)的控制包括平面和豎向兩方面;結(jié)構(gòu)抗震承載力水平相對(duì)較低,但對(duì)結(jié)構(gòu)不規(guī)則程度的控制和對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性要求是相對(duì)比較高的,從經(jīng)濟(jì)性角度考慮,上述設(shè)計(jì)方法是目前最為合理的方法。但對(duì)設(shè)防烈度較低的浙江等沿海地區(qū),風(fēng)荷載往往較大,結(jié)構(gòu)在滿足風(fēng)荷載對(duì)位移和承載力要求的前提下,相對(duì)于當(dāng)?shù)氐脑O(shè)防烈度,結(jié)構(gòu)往往具有較高的抗震承載力水平,而現(xiàn)行規(guī)范對(duì)低、高烈度區(qū)的高層結(jié)構(gòu)采取相同的規(guī)則性控制要求,顯然有失合理性。另一方面,某些業(yè)主為了實(shí)現(xiàn)建筑造型和滿足特殊的建筑功能要求,希望結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度可以適當(dāng)?shù)赝黄埔?guī)范的限值,并愿意付出一定的經(jīng)濟(jì)代價(jià)以提高結(jié)構(gòu)的抗震承載力水平。因此,從上述兩方面看,現(xiàn)行規(guī)范采用的抗震設(shè)計(jì)方法仍存在一定的局限性。1結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力學(xué)性能目前規(guī)范采用多遇地震下的彈性設(shè)計(jì)確保結(jié)構(gòu)“小震不壞”,通過對(duì)結(jié)構(gòu)不規(guī)則程度的控制和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性要求,實(shí)現(xiàn)“中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)?，F(xiàn)行GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《抗規(guī)》)和JGJ3—2002《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《高規(guī)》)中引用了多項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)用于描述結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度和整體性能,如采用扭轉(zhuǎn)位移比和周期比來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng),采用樓層剛度比和受剪承載力比來描述結(jié)構(gòu)在豎向的剛度和承載力的變化情況并據(jù)此判斷結(jié)構(gòu)的薄弱層和薄弱部位,采用剛重比指標(biāo)來驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性并判斷是否需要考慮二階效應(yīng)等。但對(duì)于體型不規(guī)則的復(fù)雜超限高層而言,采用上述計(jì)算指標(biāo)來判斷結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度或描述結(jié)構(gòu)整體性能時(shí),有時(shí)會(huì)存在很多問題。1.1結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量沿高度分布均勻,采用了合理的計(jì)算方法,計(jì)算結(jié)果是不完全現(xiàn)行《高規(guī)》采用剛重比描述高層結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性,對(duì)于帶剪力墻的高層結(jié)構(gòu)的剛重比按式(1)計(jì)算。EJd/H2∑Gi≥1.4(1)《高規(guī)》同時(shí)規(guī)定,剛重比大于等于2.7時(shí)可不考慮二階效應(yīng);剛重比在[1.4,2.7]時(shí)應(yīng)考慮二階效應(yīng)的影響;剛重比小于1.4時(shí)二階效應(yīng)引起的附加側(cè)向變形將呈非線性急劇增大,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn),因此《高規(guī)》作為強(qiáng)制性條款,規(guī)定剛重比不得小于1.4。對(duì)于樓層剛度和質(zhì)量沿高度分布均勻的高層結(jié)構(gòu),剛重比是適用的,但對(duì)底部帶裙房底盤或頂部懸挑的高層結(jié)構(gòu),剛重比的計(jì)算會(huì)存在問題,不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀況。圖1為兩幢完全相同的高層結(jié)構(gòu),均為25層,圖1a底部帶2層裙房,圖1b底部帶5層裙房,裙房平面布置也完全相同。很顯然,圖1b結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和整體穩(wěn)定性應(yīng)好于圖1a的結(jié)構(gòu),但剛重比計(jì)算結(jié)果卻相反,圖1a結(jié)構(gòu)兩主軸方向的剛重比分別為2.70、2.07,圖1b結(jié)構(gòu)分別為1.71、1.37,可以看出,圖1b結(jié)構(gòu)的剛重比計(jì)算值遠(yuǎn)小于圖1a結(jié)構(gòu),且有一個(gè)方向的剛重比小于1.40,即表示結(jié)構(gòu)存在整體失穩(wěn)的可能,則計(jì)算結(jié)論是錯(cuò)誤的,不符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。對(duì)于懸挑結(jié)構(gòu),也存在同樣不合理的情況。如圖2所示,圖2a結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度沿高度分布均勻,圖2b為大懸挑結(jié)構(gòu),懸挑長度與下部落地結(jié)構(gòu)的寬度相同,在水平風(fēng)荷載或水平地震作用下,一側(cè)柱出現(xiàn)受拉狀態(tài),結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性顯然難以滿足要求,結(jié)構(gòu)抗震存在很大隱患。但兩者的剛重比計(jì)算結(jié)果卻相差無幾,且均滿足可不考慮二階效應(yīng)的要求(≥2.7),圖2a結(jié)構(gòu)兩主軸方向的剛重比分別為4.76、3.77,圖2b結(jié)構(gòu)分別為3.93、3.61,顯然計(jì)算結(jié)論也是錯(cuò)誤的,不符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。1.2對(duì)“剛性樓板假定”的討論規(guī)范中定義的位移比和周期比,應(yīng)是對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)效應(yīng)的反映,不是結(jié)構(gòu)的局部振動(dòng),因此,只有按“剛性樓板假定”計(jì)算得到的位移比和周期比才有意義。對(duì)因樓板局部不連續(xù)需要定義彈性樓板的工程,應(yīng)分兩次計(jì)算,計(jì)算位移比和周期比時(shí)應(yīng)采用“剛性樓板假定”,計(jì)算各工況內(nèi)力、變形時(shí)采用能反映樓板平面內(nèi)實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型。但基于“剛性樓板假定”的位移比和周期比,不能反映所有結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如杭州某高層的標(biāo)準(zhǔn)層平面為一開口圓環(huán)(圖3a),按“剛性樓板假定”計(jì)算得到的位移比和周期比與閉口平面(圖3b)的計(jì)算結(jié)果相差無幾。但眾所周知,兩者的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大不一樣。因此,對(duì)類似圖3a所示的開口平面結(jié)構(gòu),基于“剛性樓板假定”的位移比和周期比計(jì)算值是有問題的,不能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。對(duì)這類特殊體型的高層建筑,建議采用彈性樓板假定下的位移比和周期比,但應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)整體空間振型動(dòng)態(tài)圖剔除局部振動(dòng)的振型周期。另外,對(duì)大底盤多塔結(jié)構(gòu)和連體結(jié)構(gòu),按整體模型計(jì)算的位移比和周期比,也無法反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況,據(jù)此判斷結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大小也是不正確的。1.3x方向各樓層的側(cè)向剛度依據(jù)樓層受剪承載力計(jì)算判別薄弱層位置存在較大的不確定性,通常采用相鄰樓層剛度的變化加以判別,并采取相應(yīng)的地震內(nèi)力放大和構(gòu)造加強(qiáng)措施?，F(xiàn)行《抗規(guī)》采用地震作用下層間剪力與層間位移之比計(jì)算樓層的側(cè)向剛度Ki,即:Ki=Vi/Δui(2)其中,Vi、Δui分別為水平地震作用下第i樓層的層間剪力和層間位移。由于Δui既包含了剪切變形,又包含了因結(jié)構(gòu)整體彎曲(即剛體轉(zhuǎn)動(dòng))引起的水平位移,導(dǎo)致按式(2)計(jì)算得到的Ki隨樓層位置的升高而逐層減小。以某10層結(jié)構(gòu)為算例,層高均為3.6m,各樓層均為同一標(biāo)準(zhǔn)層,X方向各樓層的側(cè)向剛度計(jì)算結(jié)果見表1?？梢钥闯?按《抗規(guī)》方法計(jì)算的第10層的側(cè)向剛度僅為第1層的13%左右;若當(dāng)?shù)讓訉痈哂?.6m增至9.8m時(shí),底層側(cè)向剛度為相鄰上一層的72%,是相鄰上三層平均值的86.1%,按《抗規(guī)》判別,不屬于“側(cè)向剛度不規(guī)則”,這顯然是不合理的。從定義上理解,層剛度是結(jié)構(gòu)固有的力學(xué)特性,當(dāng)兩個(gè)樓層的構(gòu)件布置、截面尺寸、材料特性、層高等都相同時(shí),它們的層剛度也應(yīng)相同。顯然,《抗規(guī)》定義的層剛度計(jì)算方法有失合理性。上海地區(qū)規(guī)定,對(duì)于超限高層建筑應(yīng)采用等效剪切剛度法計(jì)算相鄰樓層的側(cè)向剛度,并據(jù)此判別結(jié)構(gòu)是否屬于側(cè)向剛度不規(guī)則。因此,從上述不規(guī)則控制指標(biāo)及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能指標(biāo)的計(jì)算情況可以發(fā)現(xiàn),對(duì)某些復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)來說,完全按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)、某些計(jì)算指標(biāo)滿足規(guī)范要求,并不足以保證結(jié)構(gòu)的抗震安全。2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)由于我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法對(duì)結(jié)構(gòu)高度及規(guī)則性等方面的限制,無法適應(yīng)當(dāng)前某些體型較為特殊的復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。20世紀(jì)90年代美國工程界提出的基于性能的抗震設(shè)計(jì)(PBSD)方法,已引起我國工程界的普遍關(guān)注,并在復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中逐步得到應(yīng)用。PBSD方法的基本思想是使結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用年限內(nèi)、在不同強(qiáng)度水平的地震作用下,達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo),結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、變形、累積滯回耗能、損傷等,均可作為性能目標(biāo)。2.1結(jié)構(gòu)體系的高度結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的性能目標(biāo)是指某一設(shè)定地震地面運(yùn)動(dòng)下的預(yù)期性能水準(zhǔn),結(jié)合我國建筑抗震設(shè)計(jì)的設(shè)防目標(biāo),可采用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率分別為63%、10%和2%～3%所對(duì)應(yīng)的小震、中震和大震作為設(shè)定的地震動(dòng)水準(zhǔn)。文獻(xiàn)針對(duì)復(fù)雜和超限高層建筑的特點(diǎn),提出了A、B、C、D、E五種可供選用的性能目標(biāo)。當(dāng)抗震設(shè)計(jì)滿足性能目標(biāo)A或B時(shí),結(jié)構(gòu)的高度和不規(guī)則性可不作專門限制;當(dāng)滿足性能目標(biāo)C時(shí),結(jié)構(gòu)的高度不需要專門限制,重要部位的不規(guī)則性限制可比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求放寬;當(dāng)滿足性能目標(biāo)D時(shí),結(jié)構(gòu)高度可適當(dāng)超過現(xiàn)行《高規(guī)》B級(jí)高層的最大適用高度,不規(guī)則性限制可比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求適當(dāng)放寬;當(dāng)滿足性能目標(biāo)E時(shí),結(jié)構(gòu)的高度和不規(guī)則性限制應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(修訂送審稿)參照《建筑地震破壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》(建設(shè)部90建抗字377號(hào))中對(duì)各類房屋地震破壞等級(jí)的劃分,表2為可供結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)選用的4種性能控制目標(biāo)。根據(jù)抗震安全性評(píng)價(jià)的能量原則,如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力高,則反映結(jié)構(gòu)塑性變形能力的延性要求可相應(yīng)減低;反之,如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力較低,則結(jié)構(gòu)的延性變形能力應(yīng)相應(yīng)提高。當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到性能1時(shí),結(jié)構(gòu)構(gòu)件在預(yù)期罕遇地震作用下仍基本處于彈性狀態(tài),則其細(xì)部構(gòu)造僅需要滿足最基本的構(gòu)造要求;達(dá)到性能2時(shí),結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)防烈度地震作用下完好,在預(yù)期罕遇地震作用下可能屈服,其細(xì)部構(gòu)造需滿足低延性的要求;達(dá)到性能3時(shí),結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震作用下已有輕微塑性變形,罕遇地震作用下有明顯的塑性變形,因而其細(xì)部構(gòu)造需要滿足中等延性的構(gòu)造要求;達(dá)到性能4時(shí),在設(shè)防烈度地震作用下的損壞已大于性能3,結(jié)構(gòu)總體抗震承載力僅略高于一般情況,因而其細(xì)部構(gòu)造需滿足高延性的要求。2.2水平風(fēng)荷載作用浙江沿海等地區(qū)的設(shè)防烈度較低,但風(fēng)荷載往往較大。如浙江溫州,100年一遇的風(fēng)壓值為0.7kN/m2,寧波為0.6kN/m2,杭州為0.5kN/m2,而設(shè)防烈度均為6度。對(duì)于上述地區(qū)的高層建筑來說,結(jié)構(gòu)在滿足風(fēng)荷載對(duì)位移和承載力要求的前提下,相對(duì)于設(shè)防烈度而言結(jié)構(gòu)往往具有較高的側(cè)向剛度和抗震承載力水平,多遇地震下的水平地震作用往往遠(yuǎn)小于水平風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形受風(fēng)荷載控制,對(duì)風(fēng)荷載較大的地區(qū),水平風(fēng)荷載作用下的基底剪力和傾覆力矩有時(shí)甚至?xí)^設(shè)防烈度(中震)下的基底剪力和傾覆力矩。比如地處浙江溫州的鹿城廣場,75層,總高度350m,水平地震作用下的基底剪力、傾覆力矩及側(cè)向變形與風(fēng)荷載作用下的計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表3。結(jié)構(gòu)在100年一遇風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的底部傾覆力矩和頂點(diǎn)側(cè)向位移已超過設(shè)防烈度(中震)作用下的計(jì)算結(jié)果,靜力推覆分析結(jié)果進(jìn)一步表明,中震下結(jié)構(gòu)整體仍基本處于彈性狀態(tài)。又如位于杭州的浙江新世界財(cái)富中心北塔樓,56層,總高度246m,地震作用和風(fēng)荷載作用下的計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表4?？梢钥闯鲲L(fēng)荷載作用下的基底剪力和傾覆力矩約為多遇地震下計(jì)算值的2倍,若按中震不屈服要求進(jìn)行承載力驗(yàn)算,配筋基本由風(fēng)荷載組合工況控制。針對(duì)上述情況,采取中震不屈服驗(yàn)算抗震承載力往往起不到提高關(guān)鍵部位、薄弱部位構(gòu)件承載力的目的。鑒于地震作用的不確定性,且國內(nèi)多次強(qiáng)烈地震均發(fā)生在6度設(shè)防區(qū),因此,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)低烈度設(shè)防區(qū)的復(fù)雜或超限高層建筑應(yīng)適當(dāng)提高抗震性能目標(biāo)。2.3性能目標(biāo)的確定復(fù)雜超限高層因其結(jié)構(gòu)高度或規(guī)則性等方面超出現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的適用限值,從而使其抗震設(shè)計(jì)缺少相應(yīng)的規(guī)定和依據(jù)。采用基于性能的設(shè)計(jì)方法,需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度、超高超限情況、所在地區(qū)的設(shè)防烈度和經(jīng)濟(jì)等因素,對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱部位、關(guān)鍵部位或主要抗側(cè)力構(gòu)件,提出采取提高抗震承載力或提高結(jié)構(gòu)變形能力、或同時(shí)提高抗震承載力和變形能力的具體要求,確定合理的性能目標(biāo)。(1)結(jié)構(gòu)高度超過現(xiàn)行《高規(guī)》B級(jí)高度較多而體型較規(guī)則時(shí),其薄弱部位、重要部位和關(guān)鍵構(gòu)件宜滿足性能2的要求,承載力按中震彈性、大震安全的要求復(fù)核;大震下薄弱層彈塑性位移不宜大于2倍彈性位移限值。(2)結(jié)構(gòu)的不規(guī)則指標(biāo)超過限值較多、而高度未超過B級(jí)或超過較少時(shí),可采用上述第(1)種情況的性能目標(biāo)。(3)結(jié)構(gòu)高度超過現(xiàn)行《高規(guī)》B級(jí)較多、同時(shí)不規(guī)則指標(biāo)也超過限值較多時(shí),應(yīng)按高于上述第(1)種情況的性能目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì),主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件宜滿足性能2的要求,承載力按中震彈性復(fù)核;薄弱部位、重要部位和關(guān)鍵構(gòu)件的抗震承載力按大震不屈服復(fù)核。低烈度區(qū)結(jié)構(gòu)可按中震下抗側(cè)力結(jié)構(gòu)整體彈性進(jìn)行設(shè)計(jì)。(4)結(jié)構(gòu)高度和不規(guī)則指標(biāo)超過限值均較小時(shí),其薄弱部位、重要部位和關(guān)鍵構(gòu)件宜滿足性能3的要求,承載力按中震不屈服的要求復(fù)核,風(fēng)荷載較大的低烈度區(qū)結(jié)構(gòu)宜按中震彈性復(fù)核;大震下薄弱層彈塑性位移不宜大于3～4倍彈性位移限值。(5)結(jié)構(gòu)高度超過A級(jí)但未超過B級(jí)、不規(guī)則指標(biāo)滿足要求時(shí),可按性能4的要求進(jìn)行設(shè)計(jì),細(xì)部構(gòu)造滿足B級(jí)高層的相關(guān)要求,大震下薄弱層彈塑性位移不超過彈塑性位移限值。3工程實(shí)例3.1墻下肢受拉抗剪能力圖4為常州凱納商務(wù)廣場,主樓地上54層,建筑高度約210m,結(jié)構(gòu)高度185m,現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻體系,設(shè)防烈度7度,Ⅲ類場地。結(jié)構(gòu)高度超A級(jí)54%,超B級(jí)23.3%。性能目標(biāo)及主要抗震措施:底部加強(qiáng)部位剪力墻墻肢抗震承載力按中震彈性、大震安全的要求復(fù)核;控制墻肢不發(fā)生剪切破壞,經(jīng)計(jì)算,在兩個(gè)主軸方向上,底層墻肢平均剪應(yīng)力約為0.11fck～0.12fck,滿足罕遇地震下截面抗剪的控制條件;剪力墻抗震等級(jí)采用特一級(jí),比《抗規(guī)》提高2級(jí),比《高規(guī)》B級(jí)高層提高1級(jí);底部加強(qiáng)部位約束邊緣構(gòu)件向上延伸5層,即伸至11層樓面,其余在樓層周邊及核心筒四角的墻肢內(nèi)設(shè)置通高約束邊緣構(gòu)件;控制風(fēng)及小震作用下所有墻肢不出現(xiàn)受拉狀態(tài),對(duì)中震作用下出現(xiàn)受拉狀態(tài)的墻肢設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。靜力彈塑性推覆分析表明,中震作用下結(jié)構(gòu)基本上仍處于彈性狀態(tài),所有墻肢均沒有出現(xiàn)塑性鉸,僅底部加強(qiáng)部位以上少數(shù)連梁進(jìn)入屈服狀態(tài);7度大震作用下最大彈塑性層間位移角1/452,大部分連梁出現(xiàn)塑性鉸,個(gè)別墻肢開始屈服。3.2大眼底結(jié)構(gòu)體系圖5a為浙江新世界財(cái)富中心,設(shè)防烈度6度,Ⅲ類場地,大底盤雙塔結(jié)構(gòu),其中北塔樓地上58層,總高度246m,現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒體系,型鋼混凝土柱,利用建筑避難層沿豎向設(shè)置三道環(huán)向鋼筋混凝土桁架。裙房大底盤存在樓板開洞、錯(cuò)層、穿層柱等不規(guī)則項(xiàng),北塔樓高度超B級(jí),同時(shí)環(huán)向桁架引起相鄰樓層受剪承載力比不滿足要求。性能目標(biāo)及主要抗震措施:提高大底盤結(jié)構(gòu)的整體抗震性能,大底盤及大底盤屋面以上2～3層的豎向抗側(cè)力構(gòu)件均按中震彈性的性能要求設(shè)計(jì),大底盤結(jié)構(gòu)抗震措施按不低于主樓(北塔樓)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì);三道環(huán)向桁架所在樓層及上下相鄰樓層按中震彈性進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算;控制底層墻肢平均剪應(yīng)力不大于0.15fck,滿足罕遇地震下截面抗剪的控制條件。靜力彈塑性推覆分析表明,6度中震時(shí)結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài),作為主要受力構(gòu)件的抗震墻、框架柱和梁均未屈服,僅在核心筒的部分連梁出現(xiàn)塑性鉸,且塑性鉸的屈服程度都不深。6度罕遇地震作用下塑性鉸分布情況如圖5b所示,連梁屈服程度有所加深,核心筒底部及環(huán)向桁架所在樓層的個(gè)別墻肢出現(xiàn)塑性鉸;另外部分與核心筒相連的框架梁梁端出現(xiàn)塑性鉸,其中避難層梁端產(chǎn)生塑性鉸的框架梁數(shù)量較多。3.3鋼桁架結(jié)構(gòu)體系圖6為寧波環(huán)球航運(yùn)廣場,設(shè)防烈度6度,Ⅳ類場地,地上51層,總高度256m,東西兩側(cè)落地鋼筋混凝土筒體與鋼桁架形成巨型框架結(jié)構(gòu)體系,兩側(cè)落地筒體承擔(dān)全部豎向荷載,同時(shí)也是南北向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。巨型框架結(jié)構(gòu)層數(shù)為5層,鋼桁架跨度約50m,除最下一道鋼桁架為2層高外,其余4道鋼桁架均為一個(gè)樓層高。性能目標(biāo)及主要抗震措施:筒體作為單一的抗震防線,墻體底部加強(qiáng)區(qū)按大震不屈服設(shè)計(jì),并滿足大震下截面受剪控制條件;筒體內(nèi)型鋼向下延伸至基礎(chǔ),向上延伸至第二道巨型桁架標(biāo)高以上,具體延伸高度應(yīng)根據(jù)墻肢應(yīng)力分析結(jié)果確定;鋼桁架桿件截面驗(yàn)算時(shí)考慮以豎向地震為主的組合工況內(nèi)力,控制桁架端部主要桿件的應(yīng)力比。3.4鋼桁架與水平鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的組合圖7為溫州鹿城廣場,設(shè)防烈度6度,Ⅳ類場地,地上75層,地下4層,建筑高度350m,采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系,其中核心筒為鋼筋混凝土,周邊框架為鋼骨混凝土柱、箱型截面鋼梁組成的混合框架,核心筒與周邊框架之間的樓面結(jié)構(gòu)以H型鋼梁組合樓蓋為主,部分樓層采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。由于結(jié)