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1、重庆巴南电视台结构抗震超限 设计可行性论证,江苏省交通规划设计院股份有限公司 2013年6月6号,1、工程概况,2、结构超限情况,本工程为平面及竖向均不规则的A级高度高层建筑，属于超限高层建筑。,建筑第五层结构模型,建筑第六层结构模型,建筑第七层结构模型,典型剖面结构模型,典型剖面结构模型,抗震性能目标：（抗规性能3，高规性能C）,1、采用PKPM及MIDAS软件分别对结构进行静力弹性分析（地震作用采用振型分解反应谱法计算），通过对比两个软件计算的周期、层间位移角、基底最大剪力和倾覆力矩等总体指标判别两个软件分析结果的可靠性。 2、采用MIDAS软件对结构进行小震作用下的弹性时程分析，以作为静
2、力分析方法的补充。通过分析得到结构在加速度时程激励下的基底最大剪力、倾覆力矩、层间位移角及顶点位移，并将上述分析结果作为后期施工图设计的参考。 3、采用PKPM软件EPDA&PUSH模块对结构作静力弹塑性分析，考察结构在相应中震及大震作用下的损坏情况及抗震性能；同时验证结构是否能达到中震可修，大震不倒的基本目标。,3、针对超限的结构分析内容,4、采用MIDAS软件对结构在小震、中震、大震作用下5F7F楼面进行楼板应力分析，并根据分析结果对楼板受力较大部位进行加强处理。 5、根据2个软件分析结果对4F7F的跃层柱、斜柱进行详细的内力分析；对斜柱采用中震弹性设计结果作为后期施工图的设计依据。 6、
3、采用MIDAS Building软件对结构在中震和大震作用下作非线性时程分析，考察结构整体及构件在不同地震作用下的抗震性能，以验证相应部位及构件是否达到抗震性能目标，并对薄弱部位采取针对性措施。,1）两软件分析结果：如周期，位移、层剪力、刚重比、剪重比、层间位移角，扭转位移比等指标均接近，表明2软件分析结果是可靠的。 2）分析结果扭转位移比最大值1.52（在第1层，其它楼层均在1.35以下）但层间位移角1/2282很小，按规范可以放松至1.6的限值。其它楼层表示结构为平面扭转不规则结构。 3）侧向刚度比和受剪承载力比值满足规范要求，结构虽有收进但侧向刚度变化均匀，在收进楼层处也没有大的突变。,
4、4、2个软件小震弹性静力分析结果,采用MIDAS Building软件选取了不少于五组的实际强震记录和二组人工模拟的加速度时程曲线共7组地震波进行弹性动力分析，分析结果满足规范要求。,5、小震结构弹性时程分析结果,X向地震波作用下层间位移角图,Y向地震波作用下层间位移角图,分析结果在各单条地震波激励下的底部剪力均不小于振型分解反应谱法计算结果的65%；且其平均值不小于振型分解反应谱波计算结果的80%，因此所选地震波弹性时程分析所得的结构底部剪力能很好地满足规范要求，同时结构在小震作用下弹性时程分析的其他指标与振型分解反应谱法的计算结果也都能较好的吻合；故利用所选的地震波对结构进行的弹性动力时程
5、分析的结果是可靠的。 另外，因为本结构在各七条地震波激励下的底部剪力平均值小于振型分解反应谱法的计算结果，故在后续施工图设计时，将以振型分解反应谱法的计算结果作为依据。 6F到7F楼层侧向刚度有突变，但突变程度较小。7F的层间位移角与6F的层间位移角之比小于1.15，满足高规10.6.5条的要求。,1.静力弹塑性分析是一种简化的非线性地震反应分析方法，本工程采用静力弹塑性分析法评价该工程主体结构在中震及大震作用下整体的宏观的抗震性能。 2.侧向力分布模式选择：在倒三角形模式，矩形模式，实时模式和弹性CQC地震力模式中弹性CQC地震力模式较好反映了结构各阶振型综合影响，考虑到本工程存在竖向收进不
6、规则，因此采用CQC地震力模式进行分析。,6、小震和大震静力弹塑性分析结果,1.整体性能评价：从结构弹塑性静力分析对应不同地震水准的结构性能指标层间位移角来看，结构在中震阶段仍处于弹性状态；大震阶段部分构件出现了一定程度的塑性变形，但层间位移角（1/406）远小于1/100（规范要求）和性能目标要求（1/200），整体结构仍具有较大的强度和变形能力储备，满足的性能目标要求。 2.关键构件抗震性能评价：从两个方向的弹塑性静力分析结果可知，在大震作用下，所有框架柱及框架梁均未屈服，从层间位移角来看框架部分基本上处于弹性状态；底部加强区个别剪力墙屈服，连梁及边缘构件出现不同程度的塑性变形，个别连梁及
7、边缘构件出现弯曲塑性铰，较好地形成了以剪力墙和连梁作为第一道抗震防线的耗能屈服机制，达到了性能目标要求。作为第二道防线的框架结构基本处于弹性状态，说明结构还具有较大的强度和变形储备，还可以抵御更大的地震作用。,X向中震性能点对应塑性变形,X向大震性能点对应塑性变形,Y向中震性能点对应塑性变形,Y向大震性能点对应塑性变形,7、不规则楼板应力分析,为了解楼板在地震作用下的受力性能，本工程运用Midas Building软件对57层楼面进行了详细的楼板应力分析。 小震作用下楼板的应力较小，且最大拉应力小于楼板混凝土的抗拉强度设计值（楼板采用C30混凝土）。另外，从楼板应力云图中可看出，绝大部分楼板应
8、力分布均匀，仅在个别剪力墙附近、楼板凹角处及连接区域楼板处出现应力集中的现象，故可以判定在小震作用楼板处于弹性状态。,X向中震作用下5F楼板应力x（KPa）,X向中震作用下6F楼板应力x（KPa）,X向中震作用下7F楼板应力x（KPa）,Y向中震作用下5F楼板应力y（KPa）,Y向中震作用下6F楼板应力y（KPa）,Y向中震作用下7F楼板应力y（KPa）,不规则楼板应力分析结果评价,中震作用下的楼板平面应力绝大部分区域（约90%95%）楼板最大拉应力值小于混凝土的抗拉强度设计值（C30），剪力墙附近楼板应力集中现象明显，楼板应力值大于混凝土的抗拉强度设计值；楼板凹角处及连接区域楼板处也有应力集
9、中的现象，但应力集中的程度没有剪力墙附近楼板严重。整体上可以判定在中震作用楼板基本处于弹性状态，但在剪力墙附近、部分楼板凹进部位及楼板局部突出的连接部位存在应力集中现象，楼板会出现开裂情况。 大震作用下的楼板平面应力幅值继续增大，但分布的总体规律与中震作用下基本相同。大部分区域（约75%）楼板最大拉应力值仍然小于混凝土的抗拉强度设计值（C30），剪力墙附近、楼板凹角处及连接区域楼板处应力集中现象严重，楼板应力值大于混凝土的抗拉强度设计值。另外部分框架柱附近楼板也有应力集中现象，但应力集中的程度远小于剪力墙附近楼板。整体上大部分楼板仍然基本处于弹性状态，但在剪力墙附近、部分楼板凹进部位及楼板局部
10、突出的连接部位存在严重的应力集中现象，楼板局部会有裂缝开展，但楼板仍然保持着较好的整体性。因此大部分楼板仍可以有效地传递地震力，协调框架和剪力墙共同工作。,不规则楼板针对性措施,5F6F楼板厚度一般部位取值为120mm,局部突出部位楼板厚度取值为150mm，具体位置详结构平面布置图所示（附录三），7F楼板板厚取值为150m； 5F7F楼板采用双层双向配筋； 5F6F提高剪力墙附近楼板、凹进部位楼板及突出部位楼板连接处的最小配筋率，设计时按0.25%考虑，具体位置详结构平面布置图所示（附录三）；7F提高整层楼板的最小配筋率，设计时按0.25%考虑。 楼板凹角处布置斜向附加钢筋。,8、跃层柱和斜柱
11、内力分析,本工程结构在4F7F(即13.65026.250标高)范围内局部存在斜柱和跃层柱。考虑斜柱和跃层柱为重要的竖向受力构件，故对其进行详细的内力分析，并将分析结果作为后续施工图设计的依据。,如右图模型，共4根3层高斜柱，2根2层高跃层柱，2根3层高跃层柱（Y向）。 以典型剖面进行分析。,分别按照刚性楼板和弹性楼板计算，取包络值作为设计依据。,按多遇地震进行弹性设计时斜柱的抗震等级提高一级按二级进行设计,提高内力调整和构造标准，斜柱箍筋全高加密； 斜柱、跃层柱按中震弹性补充验算（此时斜柱抗震等级不提高仍按三级验算），满足中震弹性的截面配筋设计，提高其抗震能力； 跃层柱剪力按不低于本楼层其它
12、柱承担剪力进行包络设计，跃层柱按跃层中最大计算配筋通高配筋； 加强7层与斜柱相连框架梁（Y向）配筋构造，加强纵向通长筋配置，在施工图阶段加强斜柱与Y向框架梁和上柱的连接节点的配筋构造，使节点钢筋锚固可靠、便于混凝土浇筑，保证施工质量。,跃层柱和斜柱针对性加强措施,9、中震大震非线性动力分析,为了进一步验证结构及构件的抗震性能，发现薄弱部位，便于采取针对性的设计措施，同时也是弥补静力推覆分析的不足，本工程采用MIDAS进行了非线性动力分析。 地震波选取：选取弹性时程分析中最接近规范反应谱的一条地震波。 材料本构：混凝土按规范附录C采用，钢筋采用双折线本构模型。 滞回模型：本工程钢筋混凝土构件采用
13、了修正武田三折线模型，其考虑了刚度和强度的退化，第一折线拐点用于模拟开裂强度，第二个折线拐点用于模拟屈服强度。 非线性单元力学模型：本工程选取了具有非线性铰特性的梁柱单元，在梁柱端部设置集中非线性铰。剪力墙则采用基于纤维模型的非线性剪力墙单元，非线性墙由多个墙单元构成，每个墙单元又被分割成具有一定数量的竖向和水平向的纤维，每个纤维有一个积分点，剪切变形则计算每个墙单元的四个高斯点位置的剪切变形。 计算方法：非线性方程计算采用Newmark-直接积分方法，采用完全牛顿拉普森法（Newtom-Raphson）进行迭代收敛计算，并考虑了P-效应的影响。,中震主要计算结果,中震主要计算结果,X向中震作
14、用下第4层框架部分铰状态,中震主要计算结果,X向中震作用下第5层框架部分铰状态,中震主要计算结果,X向中震作用下第6层框架部分铰状态,中震主要计算结果,X向中震作用下底部剪力墙塑性状态,从两个方向层间位移表可以看出，当X向地震作用时的楼层最大层间位移角为1/929（8层），位移角分布均匀，Y向地震作用时的楼层最大层间位移角为1/1202（8层），小屋顶层1/746（17层），两个方向最大层间位移角均在规范弹性位移角限值内（Y向小屋顶层略超），因此在中震作用下结构整体处于弹性工作阶段，高于抗震性能设计的目标要求。 部分框架梁及连梁已进入轻微塑性阶段，个别与剪力墙相连的框架梁和连梁进入屈服阶段，体
15、现了作为第一道抗震防线的耗能构件的作用。 绝大部分框架柱处于弹性阶段，个别柱端进入轻微塑性阶段，且距离屈服状态还相距较远。出现轻微塑性阶段的柱端位置主要为顶层框架柱上端，斜柱均处于弹性状态，个别跃层柱顶端有轻微塑性变形主要是因为7层屋面梁端弯矩较大，初始状态应力较高，因此下一阶段应加强跃层柱配筋构造，加强跃层柱与屋框梁连接节点构造（可采取加腋构造措施）。 剪力墙剪切应变等级99%均处于1,2等级，仅上部楼层个别纤维接近3等级，因此可判断剪力墙整体处于弹性状态。竖向和水平向轴向应变等级全部处于弹性状态，因此剪力墙在中震下达到甚至高于了抗震性能目标。,中震主要计算结果,中震主要计算结果,中震主要计
16、算结果,Y向大震作用下第4层框架部分铰状态,中震主要计算结果,Y向大震作用下第5层框架部分铰状态,中震主要计算结果,X向中震作用下第6层框架部分铰状态,大震主要计算结果,Y向大震作用下底部剪力墙塑性状态,从两个方向层间位移表可以看出，当X向大震作用时的楼层最大层间位移角为1/527（模型7层），位移角分布均匀，Y向大震作用时的楼层最大层间位移角为1/622（模型8层），小屋顶层1/287（模型16层），除小屋顶层外其余楼层最大层间位移角均不到性能目标位移角限值的50%，塑性发展程度较轻，说明结构在大震作用下，结构整体性能 高于抗震性能目标，尚有较大抵抗地震的承载力和延性储备。 部分框架梁及连梁已进入中等塑性变形阶段，较多与剪力墙相连的框架梁和连梁进入屈服阶段，体现了作为第一道抗震防线的耗能构件的作用。 大部分框架柱仍处于弹性阶段，顶部楼层框架柱端进入开裂塑性阶段的数量较中震有所增加单仍然较少，且距离屈服状态还有较大距离。出现轻微塑性阶段的柱端位置主要为顶层框架柱上端，斜柱均处于弹性状态，个别跃层柱顶端有轻微塑性变形主要是因为7层屋面梁端弯矩较
