深圳某超高层公寓楼结构动力性能研究

２０１１年第４期（总１７９期）　安徽建筑　深圳某超高层公寓楼结构动力性能研究　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｐｅｒ＇ｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａ　Ｓｕｐｅｒ　Ｈｊｇｈ—Ｒｉｓｅ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　阎晓铭，胡守营，王传甲　（深圳奥意建筑工程设计有限公司，广东深圳５￣８ｏ３１）　摘要：深圳某超高层公寓结构高度１６５．６ｍ，对其进行振动台试验及罕遇地震动力弹塑性时程分析，分析显示：由于结构不规则，两肢交界处为结　构的薄弱部位，应适当加强。动力时程数值模拟与试验结果吻合较好，且比试验更为全面和直观。　虽　关键词：高层建筑；地震响应；损伤　中图分类号：ＴＵ３１１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７３５９（２０１Ｉ）０４—０１３４—０３　１　工程背景　深圳某超高层公寓楼共４７层，裙房６层，地下室４层，屋面高度　１６５．６ｍ。在第５层进行转换，属于钢筋混凝土框支剪力墙结构（图１）。　该工程建筑７度抗震设防，乙类建筑，地震作用按７度、抗震措施按８度　考虑，场地类别为Ⅱ类，特征周期０．３５ｓ。　公寓平面呈Ｌ型，伸出的两肢长宽比约２．０（图２），在Ｉ　形角部外侧由于　布置有空中花园和顶部复式，每隔一层抽去一层梁板，属超限高层，因此须对　其进行动力弹塑性分析或振动台试验进行罕遇地震作用下的抗震性能评估　及分析。　结　构　设　２振动台试验结果　计　与　振动台试验采用了缩尺模型，模型的比例为１：３０（图３）。试验选定３条　研　究　地震波，对该模型进行了基于７度的小震、中震、大震共３３种地震工况下的　应　模拟地震振动台试验，对结构进行模态分析，并且测定了模型结构的加速度、　用　位移反应，观察了裂缝出现和发展情况。　２．１模型的周期变化　模型经历小震、中震、大震后，由于扭转、剪力、倾覆弯矩的作用，７度大　震后模型结构相继出现多处开裂，结构刚度不断降低，基频下降３２．５３％（Ｙ　向）、４３．６５％（Ｘ向）。　２．２楼层相对位移　模型试验测得的楼层相对位移结果见表１所示，试验结果表明：结构水　平位移在高度方向上，顶部位移最大，下部位移最小，表现出一侧倾倒的规　律。　上述结果表明：结构整体性较差，两肢扭转不一致，导致两肢交接处拉压　破坏比其他位置严重，形成该种平面形式的薄弱环节，需要对个别构件进行适　当加强。　３数值模拟结果　根据以上结果，该工程基于大型通用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ补充进行了　罕遇地震下的结构动力弹塑性时程分析，与振动台试验现象进行对比。　３．１计算模型　根据设计方提供的设计图纸按照实体建模的方法建立了有限元几何模　型，其中构件配筋按照施工图进行配置，忽略结构下部裙房向外悬挑的楼板　基金项目：建设部国家科技支撑计划项目（编号：２００６ＢＡＪ１３Ｂ０１）　收稿日期：２０１１－０５—２４　作者简介：阎晓铭（１９７９一），男，湖北宜昌人，毕业于华南理工大学，硕士，工程师。　图１　深圳某超高层办公楼及公寓　（右侧建筑为公寓）　图３振动台试验模型立面　图４动力弹塑性分析计算模型　安＇　●　：　啦■　●　徽建筑　２０１１年第４期（总１７９期）　结构最大相对位移（ｍ）　表１　＿　，　＿　－　１　’　，・－　啊甲　甲　■　甲＿　’　＿　●　■■妊矗Ｈ—Ⅻ—矗■蛆ｌ－　１　ｆ　１　１　ｆ　１　１　Ｉ　ｉ１　ｒ　ｌ　ｊ　—Ｔ　一　三盘竺　Ｉｌ　抖　岫－｝ｌ　～　誓　Ｉｌ　—Ｉ　：一Ｔ一］　１】｛　…１ｉｆ；　一”　ｌ　ｉ　ｒ　申　孽　孽　ｆ　ｌ　ｌ　ｉ　８　…ｌ　ｌ　一　丌４　Ｉｌ　　ｒ　；；　ｔｉｌ－　ｊ　Ｉ，　　曩　～Ｉ　Ｉ　＿．　冀　…　曩　上…Ｉ　ｉ　…＿囊　　｝蔺ｌ　蹇　【｛　…　舞　萏　…～　苴　叠　＝＝　丑ｌ　窭　ｉ　柚　曼　ｌ　ｌ　ｌ　蠢　一　：＝　霸　∞　七一～　｝～　ｉ　－　图２标准层平面图　及一些小开洞对楼板平面的影响。所建模型见图４，模型尺寸为实际结　构尺寸，与振动台试验模型尺寸比为３０：１。其中，模型中的梁和柱采　用自主开发的带钢筋的复合梁单元，剪力墙和楼板采用壳元，剪力墙　和楼板中的钢筋以分布筋的形式按设计的位置埋入到剪力墙和楼板　的壳元内，连梁采用壳元模拟。墙、柱、梁和板之间采用节点共用方式　进行连接，连梁刚度按实际情况输入，不考虑折减。计算模型单元总数　为１８．４５万，总节点数为２１．０６万。　３．２模态分析　模型建立完毕后，对结构进行了模态分析，结构第一阶周期为　３．６７ｓ，第二阶周期为３．１９ｓ，与实际结构弹性计算结果基本吻合。　３．３地震模拟及结果分析　选取与振动台试验相同的地震波及加速度峰值输入结构，主要计　算结果分述如下。　３．３．ｔ剪力墙损伤　剪力墙受压损伤不严重，在上部楼梯问角部出现了相对大面积的　损伤，而其它损伤主要集中在结构的连梁上，剪力墙基本完好。就受拉　损伤而言，由于混凝土抗拉强度较低，出现了大面积的拉损伤，但这些　损伤主要集中在连梁的端部及连梁端部附近　剪力墙上，其它部位剪　力墙受拉损伤不严重，剪力墙内配置的钢筋保持弹性，未出现屈服。　３．３．２楼板损伤　电梯筒与空中花园之间的楼板以及局部楼板开洞的边缘损伤相　对较为严重，受拉损伤出现的范围较广泛。除电梯筒与空中花园间的　量　楼板钢筋外，其它部位楼板内钢筋尚未屈服。　３－３＿３刚度退化　经历大震作用后，结构主体基本完好，刚度损失不多，刚度损伤较　多的部位主要存在结构的连梁上，同时２～Ｉ　和２－９轴相交的处中上部　剪力墙出现了刚度退化。　３．３．４测点相对位移　结构整体位移自下而上逐渐增加，这说明：结构上部响应较下部　大。结构各楼层相对位移的最大值见表２所示。　结　构　设　计　与　研　究　应　数值模拟与振动台试验周期对比（ｓ）　表３　用　４数值模拟与试验结果对比分析　４．１模态对比　从表３可以看出，两种方法得到的周期相差不大，　模拟计算结果略偏长于振动台试验结果，而两者在质　量上相差不多，这是由于模型简化和模型尺寸（等比例　模型和缩尺模型）差异引入的周期差异。此外，采用规　范给定的混凝土弹性模量与实际结构存在差异（通常　表现为规范给定值比实测值偏低），这也是模拟计算所　得结构比振动台试验所测得的原型结构周期长的原因　之一。　４．２损伤形态对比　振动台试验结果：第３９层，沿１，ｇ轴和ｅ轴的　安　４７～４８轴间靠近４７轴的剪力墙的根部已经裂断；在第　徽　３４、３６、３８、３９、４ｌ、４２、４４各层分别发现沿ｋ轴的４８—４９　建　轴问剪力墙的根部靠４８轴处产生裂缝。在数值分析　筑　中，ｌ，ｇ轴和ｃ轴的４７—４８轴间靠近４７轴３２层　４８层　剪力墙的受压、受拉损伤见图５、图６所示。可以看出，　＿