某超高層框筒結構的中大震設計分析

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0前言

我國《建筑抗震設計規范》⑴在總則第1.0.1條明確規定，“按本規范進行

抗震設計的建筑，其基本的抗震設防目標是：當遭受低于本地區抗震設防烈度的

多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用；當遭受相當于本地

區抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般性修理仍可繼續使

用；當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生

命的嚴重破壞。”即簡化的“小震不壞，中震可修，大震不倒”目標。規范以彈

性方法考慮小震組合作用進行構件承載力設計，并對不同烈度地區、不同高度、

不同結構類型中的各類構件配置以適當的包含抗震構造措施的加強措施，以確保

其能滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”三水準抗震設防目標。

現有規范未對設防烈度地震（以下簡稱中震）下的可修目標提出具體的定量

目標限值，只是??個較為模糊的概念。預估罕遇地震（以下簡稱大震）作用下要

求結構“大震不倒”的具體要求也較為籠統，規范僅對結構的最大彈塑性層間位

移角給出具體規定，對構件的損傷程度并未有明確規定。

本文擬對一深圳地區的框筒結構進行分析研究，探討中震計算對框筒結構的

抗震設計作用。

1工程案例

1.1工程概況

某位于深圳的寫字樓，地上55層，首層層高16.2m,塔樓屋面高度253.65m,

為超過B級高度的混凝土框筒結構⑵。本工程抗震設防烈度為7度（0.10g）,抗

震措施為7度。框筒結構的高度相對較高，在沿海和風荷載較高的地區⑶，風荷

載和小震的組合作用往往對結構構件的截面設計起到較大的作用，再加上抗震構

造措施的相關要求，中震計算不一定能對抗震設計起到控制作用。

2小震計算、中震驗算

表1地震計算參數

現行中震

小

項

震彈

次彈不屈

性

性服

地

震影

按按按中

響系

小震中震震

數最

大值

荷

按

載分

規范11

項系

取值

數

計

算地il

計算

風震時算地震

地震時不

荷載考慮時不考

考慮與風

組合與風慮與風

的組合

的組的組合

合

強

柱弱

梁，調不不調

強剪整調整整

弱彎

調整

抗

震調調調不調

整系整整整

數丫度

材

設設標準

料強

計值計值值

度

抗

考不不考

震等

慮考慮慮

級

抗

震構考同同小

造措慮小震震

施

薄

考不不考

弱層慮考慮慮

內力

調整

2.1結構性能目標

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表2結構整體及構件抗震性能目標（C級）

后fE

多遇地震設防地震罕遇地震

15

￡

134

X

4

t抗抗抗

抗彎抗零抗剪

第剪剪

Z

天屈服不屈服不屈服

彈彈彈

iF

姓性性

弓

彳

、

1

彈彈彈部分可屈滿足抗剪截面驗

天屈服

性性性服算

1

ii

*

4

b

u

z

r

H

Z

彈

c彈彈部分可屈滿足抗剪截面驗

t

t不屈服

x性性服算

f

?

tx

彈彈部分可屈不部分可屈滿足抗剪截面驗

F性服屈服服算

彈彈部分可屈不部分可屈滿足抗剪截面驗

&性服屈服服算

||

1<1>—<1>

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由表2可知，若結構要滿足常見的C級性能目標，則結構構件要在小震作用

下不壞，即所有構件保持在彈性狀態；中震、大震作用下允許結構構件出現抗彎

屈服，但不允許出現抗剪屈服，這就要求結構構件具有良好的延性以耗散地震能

量，避免脆性破壞。但是現行規范并沒有給出結構構件受損程度的具體量化指標,

而是給出了一些構造措施和彈塑性位移限值來控制構件的延性。

2.2墻、柱結果

表3框架柱配筋對比

KZ18-1（抗旄構造措施控制）

縱向計算單邊配筋（瀛）

中震不屈

小震彈性抗

服

配筋面積震

XyXy構

造配筋

0（恒+0（恒+561

00

活）活）0

計算配筋/00

0.000.00—

.00.00

抗震構造配筋

計算單邊箍筋（A\ST/100AWY）

中震不屈抗

小震彈性

服震

構

配筋面積XyXy造配筋

0（地0（地

00909

震+風）震+風）

計算配筋/

00

0.000.00—

.00.00

抗震構造配筋

抗趣構造配筋

表4剪力墻配筋對比

W18-1（抗震構造措施控制）

一端暗柱配筋（加〃）

中震不屈

小震彈性抗震構造配筋

服

配筋面積

0（恒+

03840

活）

計算配筋/

0.000.00—

抗震構造配筋

水平分布筋（〃加/200勿/〃）

中震不屈

小震彈性抗震構造配筋

服

配筋面積

10（地震+

76400

風）

計算配筋/

0.030.19—

抗震構造配筋

由上可知，對于本工程的剪力墻，其配筋值非小震組合工況控制，而是構造

措施要求或風荷載起控制作用。根據規范的抗震等級規定對構件內力放大后，除

底部樓層外，小震組合設計的墻體抗彎配筋值可滿足中震不屈服要求；剪體抗剪

配筋值則由抗震構造措施控制。

對于本工程的框架柱，其抗彎、抗剪配筋值均由構造措施或風荷載控制設計。

因此，按小震計算結果設計即可。

對于本工程框架梁與連梁，其在中震作用下允許抗彎屈服，僅需對其進行抗

剪驗算即可。

木工程中絕大部分構件的配筋設計均未由中震設計控制，說明按小震組合配

筋或構造配筋確定的結構構件能滿足“中震可修”的性能目標。

2.3中震計算的總結

通過中震計算可知，對于該結構，僅按照“小震不壞”進行設計能滿足“中

震不壞”的性能目標。設計者可以在保證“小震不壞”的前提下，針對“中震可

修”進行局部修改，但對于該超高層框筒結構，影響很小。

3大震作用下非線性分析

在完成中震計算后，設計者可以采用計算結果根據相應的性能目標進行構件

設計。但是對于允許抗彎屈服的耗能構件，中震計算才用的彈性模型并不能量化

耗能構件的屈服程度。因此還需要進行大震彈塑性計算。對于本結構，罕遇地震

作用下結構整體及構件的抗震性能目標為第4性能水準。

3.1構件損傷情況分析

3.1.1.框架梁

分析可知，對于小震配筋、小震/中震包絡配筋兩種配筋形式，框架梁正截

面損傷程度非常接近，且損傷程度皆低于嚴重損壞，符合預期性能目標要求，框

架梁斜截面應力水平同樣非常接近，極少數框架梁出現斜截面超限，不符合預期

性能目標要求，設計時須作出調整。小震/中震包絡配筋的框架梁損傷程度略高

于小震配筋模型，但本身數量級很小，可忽略不計。

3.1.2.連梁

分析可知，對于小震配筋、小震/中震包絡配筋兩種配筋形式，連梁正截面

損傷程度非常接近，有5.42%的連梁的出現失效的情況，不符合預期性能目標要

求，設計時須作出調整，

框架梁斜截面應力水平同樣非常接近，無連梁出現斜截面超限，符合預期性

能目標要求。

小震/中震包絡配筋的框架梁損傷程度略高于小震配筋模型，但本身數量級

很小，可忽略不計。

3.1.3.剪力墻

分析可知，剪力墻斜截面應力水平同樣基本一致，極少數剪力墻出現斜截面

超限，不符合預期性能目標要求，設計時須作出調整。外框柱

對于小震配筋、小震/中震包絡配筋兩種配筋形式，外框柱正截面損傷程度

一致，皆處于無損壞狀態，符合預期性能目標要求。外框柱斜截面應力水平司樣

一致，剪應力水平皆處于彈性狀態。

4.4大震作用下的非線性分析的總結

通過大震作用下的非線性分析，可得知對于該超高層框筒