基于目标位移的建筑结构Pushover分析设计

　　摘   要：对西安市劳动再就业培训中心大厦塔A高层框架-剪力墙结构进行了静力弹塑性分析。计算结果表明：结构在罕遇地震作用下，部分构件屈服。最大层间位移角为1/127，满足规范规定的变形要求，并对结构性能进行评估。

　　关键词：静力弹塑性分析  目标位移

　　一、工程概况

　　西安市劳动再就业培训中心大厦塔A为地面以下2层，地面以上26层的框-剪结构。项目位于西安市劳动南路西侧，1~4层为商业，4层以上为公寓，地下1层为汽车库，地下2层战时为甲类核六级人防掩蔽部。地下室底板板面标高-9.0m，塔楼A屋面标高87.10m，室内外高差-0.45m。塔A标准层结构平面布置图及建筑剖面图见图1。

　　混凝土强度等级：地下2层~地上7层均为C50,8层~18层均为C45，19层~26层均为C40。抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。其中地面以上1层~4层抗震设防类别为乙类，其余各层抗震设防类别为丙类。

　　二、性能目标选定

　　由于本工程重要性较高，业主提出需要进行性能设计。根据相关规范要求，分别以计算小震、中震、大震下的结构构件的塑性铰和裂缝表述结构的损坏情况及大震作用下的目标位移，确定性能目标为：小震时为水准1a，中震时为水准1b，大震时为水准2。

　　三、计算模型

　　根据SATWE的弹性计算结果，确定各种构件的弹塑性特性。采用通用的结构分析程序MIDAS/Gen对结构进行三维静力非线性弹塑性分析。在整个非线性弹塑性分析（Pushover）过程中，首先根据结构构件的受力特点，定义Pushover铰特性值。各结构构件的强度均按材料的强度标准值取用。各层框架柱均在两端定义轴力双向弯曲铰（M-Ф集中），骨架曲线为三折线类型。对框架中的极短柱考虑受力特性在极短柱中部增设剪切铰。对框架梁均在两端定义弯曲铰（M-Ф集中），骨架曲线为双折线类型。剪力墙上下两端定义双向轴力弯曲铰（M-Ф集中），骨架曲线为双折线类型，中部定义剪切铰。荷载工况为"自重+模态（第1阶振型）"。根据以上的主要计算参数进行Pushover分析。

　　1 针对性能目标采取的措施

　　（1）考虑剪跨比 ≤1.5的框架柱在剪力作用下的破坏为斜拉破坏，提高此类框架柱的体积配箍率，并为提高此类框架柱的延性设置芯柱，芯柱的纵筋配筋面积取框架柱截面面积的0.8%，同时严格控制在中震作用下的剪应力。

　　（2）提高重要部位剪力墙的水平筋配筋率。

　　（3）对框架柱端弯曲屈服的框架梁，根据跨度及负荷范围的大小，适当增加下部钢筋的面积，保证框架梁端屈服后仍有承受一定竖向荷载的能力。

　　四、复核

　　根据弹性计算结果的配筋数据及《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）相关条文规定的配筋率及相关的构造要求等，确定钢筋的实际配筋面积。通高Pushover来分析检验反映参数是否满足性能目标。

　　1 屈服状况：在小震作用下，所有构件均未屈服。随着侧向荷载的增加，核心筒内连梁首先屈服。在中震作用下框架梁为受弯屈服，在罕遇地震作用下，底层四角剪力墙及核心筒内井道分割剪力墙屈服开裂，未丧失竖向承载力。

　　2 位移状况：根据罕遇地震性能控制点求得目标位移 =5637.3mm，等效阻尼比 =29.01%，等效周期 =3.602s。在罕遇地震下最大层间位移角出现在13层，结构的最大层间位移角为1/127，满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对罕遇地震作用下最大层间位移角规定要求的1/100。根据ATC-40的评定标准，结构评定为罕遇地震作用下基本完好。

　　3 延性状况：计算位移延性系数 =4.81。

　　4 复核评定：小震及罕遇地震位移角均满足抗震规范要求，结构评定为在罕遇地震作用下基本完好。在小震作用下无构件屈服，满足性能水准1a；在中震作用下个别框架梁端出现弯曲屈服，个别连梁屈服属稍加修理即可继续使用，满足性能水准1b;大震作用下薄弱部位及重要部位构件完好，满足性能水准2，且通过局部加强提高了结构的位移延性，各项均满足预先设定的性能水准。

　　五、结论

　　1 采用基于目标位移的Pushover分析方法来对结构的抗震性能进行评估时，往往具有计算简单、概念明确的优点。在对结构进行基于位移的设计时，只需确定结构的目标层间位移角的大小就可以对结构的抗震性能进行评估。

　　2 对劳动再就业培训中心大厦塔A高层框-剪结构的静力弹塑性分析表明，结构在小震作用下的计算结果与规范规定的小震作用下振型分解反应谱法计算结果基本一致，满足小震不坏的要求。结构在大震作用下的最大层间位移角满足规范规定的变形要求，并且满足预先选定的性能标准。

　　参考文献

　　[1]魏琏，王森，王志远.静力弹塑性分析方法的修正及其在抗震设计中的应用.建筑结构，2006,(8).

　　[2]JGJ-2002.高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社，2002

　　[3]GB50011-2010.建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社，2010

　　[4]ATC-40 Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. Applied Technology Council. Red Wood City,California,1996.

　　作者简介：张智（1980-），男，中级工程师

　　单位：中联西北工程设计研究院