南江宏帆广场高位转换结构弹塑性分析

【摘 要】本文通过一工程实例的结构弹塑性分析，探讨了高位转换结构在小震、中震和大震作用下的受力特点和抗震性能，为高位转换结构的抗震性能化设计提供参考。

【关键词】弹塑性分析;高位转换;性能化设计

1 工程概况

高位转换结构为竖向不规则结构，在结构设计中，规范要求整体计算结果除了要满足小震作用下的总体技术指标外，尚应对结构进行中震和大震作用下的弹塑性分析。本次选取南江宏帆广场4#楼为例进行计算，该综合楼高99.8m，地上8层为商业，上部20层为住宅，结构转换层设置在第八层，抗震设防烈度Ⅵ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。采用PKPM和YJK两种三维空间软件计算，结构在多遇地震弹性作用计算结果反映的基本规律一致，计算指标吻合良好，结构在这两种计算程序小震阶段的分析结果是可靠的。

2 弹性动力时程分析

根据高规要求对结构采用弹性时程分析法进行补充计算，应按照建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。根据本场地的特征周期、等效剪切波速等地震动参数，本工程选取了两条天然波是Chi-Chi，Taiwan-04_NO_2743、Imperial Valley-06_NO_172及一条人工模拟波ArtWave-RH2TG040作为时程分析的地震波曲线。时间步长0.02秒;峰值角速度：6度多遇地震18cm/S2，6度设防地震50cm/S2， 6度罕遇地震125cm/S2。所选地震波与规范反应谱吻合良好。地震加速度时程曲线的最大值为18cm/s2，地震波的持续时间大于结构自振周期的5倍和15s，地震波的时间间距取0.02s。从后续分析结果表明，结构在三条波激励下单条地震反应不小于振型分解反应谱计算结果的65%，其平均值不小于振型分解反应谱计算结果的80%，弹性时程分析基底剪力与振型分解反应谱法基底剪力的对比表如下，表明所选地震波是合适的。

弹性时程分析与振型分解反应谱法的对比表

3 中震阶段计算分析

中震作用下的抗震验算，主要是控制框支柱及底部加强区剪力墙等重要抗侧力构件在中震作用下处于不屈服状态;判别结构在中震作用下构件的屈服部位，找出结构中的薄弱构件，针对性采取加强措施。根据规范要求，构件抗震承载力按强度标准值计算（作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取1）。中震地震影响系数最大值αmax =0.15。连梁刚度折减系数取为0.5，同时不考虑风荷载的作用，验算构件承载力是否满足要求。采用PKPM弹塑性静力分析软件EPDA&PUSH进行计算，通过调整以上分析参数，求出结构构件的内力，并进行构件承载力验算。

中震作用下结构的能力曲线和性能点

从以上图中可以看出，结构在中震作用下，竖向构件未出现塑性铰。随着推覆力的加大，转换层以上三层筒体剪力墙连梁率先出铰，当推覆达到性能点时，筒体剪力墙连梁下部区域1～11层均出铰，9～15、28层有个别梁出铰。结构在中震作用下最大层间位移角为1/659。在中震作用下，结构的推覆力达到性能点时，竖向抗侧构件均未出铰，处于弹性阶段，仅个别耗能构件轻微损坏稍加修理即可继续使用。

4 大震作用下的弹塑性分析

采用PKPM弹塑性静力分析软件PUSH进行大震作用下的静力分析。下图为倒三角形加载方式推覆分析得到的需求谱与能力谱关系图：横坐标表示结构经过单自由度等效转化后的周期，纵坐标分别表示地震影响系数和最大层间位移角。静力推覆曲线与6度罕遇地震需求谱曲线相交，说明结构能满足抗震设防要求，由交点向上遇周期-最大层间位移曲线相交，所对应的纵坐标表示了罕遇地震作用下结构的弹塑性需求层间位移角。

结构大震作用下的能力曲线和性能点

通过大震作用下结构的弹塑性静力分析，可以得出以下结论：1）在罕遇地震静力弹塑性推覆分析过程中，随着增量步数的增加，转换层以上两层剪力墙连梁率先出铰，接着塑性铰不断扩大到底部和顶部的其他楼层的连梁及个别剪力墙上。当推覆到达性能点时，底部11层和顶部3层范围内连梁大部分出现塑性铰，部分剪力墙开裂;结构6～11层个别剪力墙出现交叉裂缝破坏。出现塑性铰的梁和出现裂缝的剪力墙构件的抗剪承载力均大于此时受到的剪力，满足抗剪要求。2）在罕遇地震下，结构能过完整个弹塑性静力分析过程而不发散，PUSH计算所得的大震下层间位移角为1/279（为弹性层间位移角限值1/1000的3.58倍），小于规范对剪力墙结构弹塑性层间位移角的限值（1/120），达到了预期的抗震性能设计目标：即罕遇地震作用下结构不倒。3）虽然结构未设置地下室且基础埋深较浅，但经过分析结构在大震作用下具备良好的抗倾覆能力，能达到大震不倒的抗震性能。

5 结论

通过以上分析，可以得出在中震和大震作用下，结构的不规则性并未对结构的抗震性能带来大的影响。分析其原因主要有如下几点：

（1）本工程为6度区结构，结构地震作用小。

（2）通过加强塔楼平面墙及落地墙柱、边框梁的刚度，增强了结构的抗扭能力，结构在中震和大震作用下的扭转反应减弱。

（3）由于本工程加强了底部落地剪力墙和框支柱的刚度，转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比大于2，落地剪力墙及连梁在地震作用下起到了关键性作用，大部分地震能量被它耗散，从中震及大震下结构出铰情况来看也充分证明这点。