某地鐵停車場上蓋超限高層建筑動力彈塑性分析

李俊生

摘 要：地鐵停車場上建造的高層建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，一般屬于超限高層建筑。采用集中塑性鉸模型模擬梁柱構(gòu)件、纖維單元模型模擬結(jié)構(gòu)剪力墻，采用Midas Building軟件建立了某地鐵車場上一個高層建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，對該結(jié)構(gòu)進行了罕遇地震作用下的彈塑性時程分析，獲得結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角和梁柱及剪力墻塑性鉸分布。結(jié)果表明，該超限高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角滿足規(guī)范限值的要求，梁、柱和剪力墻塑性鉸分布合理，罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)符合抗震設(shè)計安全要求。

關(guān)鍵詞：高層建筑；動力彈塑性；超限結(jié)構(gòu)；集中塑性鉸

中圖分類號：TU973.31 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.002

1 結(jié)構(gòu)概述

上海某地鐵停車場的首層為地鐵停車場的運用聯(lián)合庫，二層為物業(yè)開發(fā)的停車場，受工藝和使用要求的限制，底部兩層均為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。二層為轉(zhuǎn)換層，住宅樓范圍內(nèi)柱子內(nèi)插十字鋼骨，一層住宅樓范圍外柱子內(nèi)插H形鋼骨。三層及以上為多高層住宅，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻全部不落地。本結(jié)構(gòu)屬于多塔、具有轉(zhuǎn)換層、立面體型收進的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，由于底部為框架結(jié)構(gòu)，上部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，底部的剪切剛度比不滿足規(guī)范要求，因此屬于超限高層建筑，有必要進行動力彈塑性時程分析，以研究分析該結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的響應(yīng)、薄弱環(huán)節(jié)和破壞模式等。本文以其中一典型塔樓為例，進行罕遇地震下的動力彈塑性分析，該塔樓建筑高度為38.1 m，共12層，考慮梁高影響后首層層高9.4 m，二層層高5.3 m，首層住宅層高4.6 m，其余標(biāo)準(zhǔn)層層高2.9 m，住宅平面尺寸為56.3 m×11.6 m，結(jié)構(gòu)整體模型如圖1所示。

2 動力彈塑性時程分析

動力彈塑性時程分析是一種非線性動力分析方法，其不僅能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進行定性的分析，同時能獲得罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的量化性指標(biāo)。由于其輸入的是真實的地震動，因此能夠得到結(jié)構(gòu)在地震動過程中各個時刻的內(nèi)力、變形、損傷狀態(tài)。本文采用基于Midas Building的動力彈塑性分析平臺，對地鐵停車場綜合開發(fā)某典型單塔結(jié)構(gòu)進行了罕遇地震作用下的動力彈塑性時程分析，研究結(jié)構(gòu)層間位移角、塑性鉸分布和破壞模式。

2.1 材料本構(gòu)模型及滯回關(guān)系

混凝土采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄C中的單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型，鋼筋（鋼材）采用雙折線本構(gòu)模型，如圖2所示。

對于鋼筋混凝土梁和型鋼混凝土組合梁，采用單軸滯回模型-修正武田四折線模型，如圖3所示。對于鋼筋混凝土柱、型鋼混凝土柱和鋼管混凝土柱構(gòu)件，考慮軸力-彎矩的相關(guān)性，采用P-M-M相關(guān)的具有隨動硬化特性多軸滯回模型，如圖4所示。對于鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件，采用纖維模型 。

2.2 地震動選取

時程分析按上海市《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》5.1.2的規(guī)定，按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用一組人工模擬的加速度時程曲線（SHW9）和兩組實際強震記錄（SHW11、SHW12）。計算前將選取的地震動峰值加速度調(diào)整至200 cm/s2，特征周期取1.1 s，考慮罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展的影響，阻尼比取0.06. 地震動時程曲線如圖5所示。

2.3 分析結(jié)果

2.3.1 層間位移角

動力彈塑性時程分析得出結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的層間位移角如表1所示，結(jié)構(gòu)彈塑性位移角X向最大值1/112，Y向最大值1/140，都小于規(guī)范規(guī)定的最大彈塑性變形限值1/100；框支轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)最大彈塑性位移角X向最大值1/252，Y向最大值1/548，都小于規(guī)范規(guī)定的最大彈塑性變形限值1/120.

2.3.2 結(jié)構(gòu)彈塑性狀態(tài)

動力彈塑性時程分析得出在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性狀態(tài)隨時程變化的情況。在地震時程6 s、12 s和在地震動結(jié)束時，結(jié)構(gòu)梁鉸屈服狀態(tài)、柱鉸屈服狀態(tài)、剪力墻應(yīng)變分布情況分別如圖6、圖7、圖8所示。

3 結(jié)論

在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)上部框架剪力墻結(jié)構(gòu)的最大彈塑性位移角小于1/100，大底盤框架的最大彈塑性位移角小于

1/120，二者均滿足規(guī)范中關(guān)于彈塑性位移限值的要求，滿足了“大震不倒”的設(shè)防要求。

在地震動輸入過程中，上部剪力墻連梁首先出現(xiàn)塑性鉸，隨后塑性鉸向框架梁延伸，同時，受力較大的框架柱開始開裂，并部分出現(xiàn)塑性鉸。在地震動輸入結(jié)束時，結(jié)構(gòu)框支柱和轉(zhuǎn)換梁均出現(xiàn)塑性鉸。

結(jié)構(gòu)損傷主要集中在上部結(jié)構(gòu)的剪力墻連梁和框架梁部位，大部分剪力墻的應(yīng)變等級較小，損傷較輕微，能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中多道防線抗震設(shè)防的目標(biāo)。

參考文獻

[1]徐曉龍，高德志，桂滿樹，等.北京某超高層商住樓動力彈塑性時程分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010（40）：80-82.

〔編輯：王霞〕

Abstract： Building underground parking lot on the form of high-rise building structure is complex， generally belong to high-rise building. Using lumped plastic hinge model simulation of beam column elements， fiber element model to simulate the structure of shear wall， built a subway station on the high-rise building structure numerical model by using the Midas Building software， the structure of the rare earthquake the elastoplastic time history analysis of the structure is obtained， the elasto-plastic inter story displacement angle of beam and column and shear wall， the distribution of the plastic hinge. The results show that， the high-rise building structure layer displacement angle to meet the requirements specification limits， beam， column and shear wall in the plastic hinge distribution is reasonable， infrequent structures under earthquake can meet the seismic design safety requirements.

Key words： high-rise building； dynamic elastoplastic； overrun structure； lumped plastic hinge