超高层框架-核心筒结构设计分析

贺振坤

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 重庆市渝中区 400000）

超高层框架-核心筒结构设计分析

贺振坤

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 重庆市渝中区 400000）

本文主要探讨B级高度框架-核心筒结构的整体分析、弹性时程分析、动力弹塑性时程析，总结了超限框架-核心筒结构的计算方法。

1 工程概况

本项目D1#楼位于重庆市江北区，为框架-核心筒结构，设防烈度为Ⅵ度，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，结构高度为196.3m，超过《高规》中规定的Ⅵ度区A级高度限值150m的规定。本项目于2014年10月已通过重庆市超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

2 结构设计

项目只有一个塔楼，附带商业裙房、地下车库及配用套房，嵌固层设置在负一层顶板，嵌固层以下有三层，均为地下车库，嵌固层上部有吊2、吊1层、1～45层。塔楼34层～42层框架柱均为斜柱，倾斜角度为6°。结构总体关系如图1所示。

图1 结构体系示意图

2.1 结构弹性分析

本工程采用 SATWE（2010年版）、MIDAS-Building（2014版）进行弹性对比分析，分析时均采用振型分解反应谱法计算地震作用，并考虑了偶然偏心及双向地震作用：采用CQC法进行振型组合。

表1 弹性分析主要结果

由表1可知：结构扭转周期与平动周期之比为0.65（Satwe）和0.67（Building），均满足规范关于周期比0.85的规定；在地震和风荷载作用下，最大层间位移角小于规范1/661的限值；X向最大位移比为1.33，Y向最大位移比为1.30，满足规范要求。结构两个主方向刚重比均大于1.4，能够通过高规5.4.4条的整体稳定验算的要求，但应考虑二阶效应。

2.2 弹性时程分析

根据JGJ3-2010第4.3.5条要求，总共选用3条波，其中1条人工波，2条天然波，满足实际地震记录数量不小于总数2/3的要求。1条人工波选自安评报告，2条天然波选自地震波库。地震波平均谱与规范谱相比，在前三个主要周期点上相差最大值为3%，满足规范不大于20%的要求，对比情况如图2所示。

图2 规范谱与地震波平均谱对比图

由表2可以看出，每条时程曲线计算的底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的80%。对比结果表明所选地震波满足现行相关规范的要求。同时也满足条文说明规定的每条地震波输入计算不大于反应谱分析结果的135%，平均值不大于反应谱分析结果的120%。

表2 地震波基底剪力与反应谱对比表

2.3 动力弹塑性时程分析

弹塑性计算采用中国建筑科学研究院编制的EPDA软件进行计算。对于EPDA，钢筋和钢材采用理想弹塑性双线性应力应变关系。对于混凝土单轴采用双线性模型，梁、柱均采用纤维束模型。剪力墙采用弹塑性剪力墙单元模型，本构关系采用二维本构，混凝土由壳单元模拟，剪力墙分布筋采用薄膜等效，剪力墙暗柱钢筋采用纤维束模型，软件非线性方程采用弧长增量法（如表 3～4）。

本结构在预估的罕遇地震作用下，最大弹塑性层间位移角X向为1/407，Y向为1/371，均能满足规范限值要求（如图3）。

1-1、2 -2剖框架梁均进入塑性，除最上面两层框架柱出现塑性铰外，其余框架柱均未出现塑性铰；3-3剖面连梁均进入塑性，剪力墙均未出现塑性铰，但顶层也出现了水平裂缝，说明该层出现了明显的鞭梢效应；4-4剖框架梁均进入塑性，除最上面两层框架柱出现塑性铰外，其余框架柱均未出现塑性铰；5-5剖面连梁均进入塑性，剪力墙均未出现塑性铰。

表3 EPDA弹塑性计算的参数

表4 大震弹塑性层间位移角计算结果

图3 塑性铰发展过程图

3 总结

对于B级高度的框架-核心筒结构，应按照规范要求采用至少两种不同力学模型的结构分析软件进行整体计算，同时还应采用弹性时程分析法进行补充验算，对于高度在150～200m的建筑，宜采用动力弹塑性时程分析方法校核层间弹塑性位移角是否满足规范要求。

TU973.1

A

1673-0038（2015）45-0112-02

收稿日期：2015-10-19

贺振坤（1983-），男，工程师，硕士，主要从事建筑结构设计工作。