海南超高層商業(yè)廣場(chǎng)主樓抗震性能

XX國際廣場(chǎng)A座主樓抗震性能分析（高層建筑抗震震技術(shù)交流會(huì)會(huì)論文集，第第十三屆，第第303頁）徐福江1盛平平1甄偉1，田衛(wèi)國2，張磊3（1北京市建建筑設(shè)計(jì)研究究院北京1000445；2中國建筑第第六工程局有有限公司天津3004480；3中建鋼構(gòu)有有限公司廣州州5100075）[提要]XX國國際廣場(chǎng)A座主樓為54層的超限高高層結(jié)構(gòu)，采采用帶有加強(qiáng)強(qiáng)層的鋼管混混凝土框架-混凝土核心心筒結(jié)構(gòu)體系系,在17、32和51層設(shè)置了伸伸臂桁架和環(huán)環(huán)向桁架以提提高結(jié)構(gòu)的側(cè)側(cè)向剛度。運(yùn)運(yùn)用ABAQUUS軟件，進(jìn)行行了罕遇地震震作用下的彈彈塑性時(shí)程分分析。結(jié)果表表明，結(jié)構(gòu)抗抗震性能良好好，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)標(biāo)。[關(guān)鍵詞]超超高層結(jié)構(gòu)彈塑性分析伸臂桁架AnalysiisofSeismmicPeerformmanceofthheMaiinBuilldingofHaaihanggInteernatiionalPlazaaXuFujiiang1,SheengPiing1,ZheenWeii1,TiaanWeiiguo2,ZhaangLeei3(1BeijjingIInstittuteoofArcchiteccturallDesiign,BBeijinng,100045；2,ChhinaCConstrructioonSixxthEnngineeeringBureaauCorrporattion,Tianjjin,33004800;3,ChinnaConnstrucctionSteellStruuctureeCorpporatiion,GuuangZZhou,55100755)Abstracct:TheemainnbuilldingofHaaihanggInteernatiionalPlazaaisaa54-sstorysuperrhighh-riseebuillding,,andthesstructturalsysteemisframee-coreewallhybriidsysstemwwithooutrigggers..WithhthesoftwwareAABAQUSS,elaastic--plasttictiime-hiistoryyanallysisunderrseveereeaarthquuakeiisconnducteed.Thheressultsshowthatthesseismiicperrformaanceiissattisfacctoryandttheseeismiccdesiignobbjectiivecaanbeachieeved.Keywordds:supperhiigh-riisebuuildinng;ellasticc-plassticaanalyssis;ooutrigggers..1工程概況況XX國際廣場(chǎng)位位于海南省海?？谑薪鹳Q(mào)區(qū)區(qū)，由A座、B座和裙房組組成，總建筑筑面積21.5萬m2。A座主樓地上54層，建筑高高度249.99m，結(jié)構(gòu)主體體高度223.66m。下部為5A級(jí)高檔寫字字樓，上部為為五星級(jí)酒店店，在17層、32層和51層設(shè)置了避避難層和設(shè)備備轉(zhuǎn)換層。B座地上17層，裙房地地上5層，均為改改造工程。A座與B座、裙房在在地上設(shè)縫分分開，為兩個(gè)個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)構(gòu)單元；在地地下均設(shè)三層層地下室，并并連為一體。工工程效果圖見見圖1，剖面圖見見圖2，典型平面面圖見圖3。A座主樓的設(shè)計(jì)計(jì)使用年限為為50年，結(jié)構(gòu)安安全等級(jí)為一一級(jí)，抗震設(shè)設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基基本地震加速速度為0.30g，設(shè)計(jì)地震震分組為第一一組。場(chǎng)地類類別為Ⅱ類，特征周周期插值計(jì)算算為0.31s。重現(xiàn)期100年的基本風(fēng)風(fēng)壓為0.90KN/m22，地面粗糙糙度取A類。A座主樓采用帶帶有加強(qiáng)層的的型鋼混凝土土框架－混凝凝土核心筒結(jié)結(jié)構(gòu)體系，樓樓面為鋼梁+鋼筋桁架組組合樓蓋。在在17、32、51層設(shè)置了伸伸臂桁架和腰腰桁架作為加加強(qiáng)層，使外外框架可以更更有效地發(fā)揮揮作用，增加加結(jié)構(gòu)的側(cè)向向剛度?？蚣芗苤鶠樾弯摶旎炷林蚩蚣芰杭皹敲婷媪壕鶠殇摿毫?。核心筒內(nèi)內(nèi)部設(shè)置了構(gòu)構(gòu)造鋼骨框架架。同時(shí)，還還采取了消能能減震措施，在在外框架的四四個(gè)角部設(shè)置置了防屈曲耗耗能支撐。XX國際廣場(chǎng)AA座主樓為目目前我國大陸陸地區(qū)“8度半”設(shè)防的在建建最高建筑，為為確保滿足“大震不倒”的性能目標(biāo)標(biāo)，研究其在在罕遇地震作作用下的抗震震性能，對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了罕罕遇地震作用用下的彈塑性性時(shí)程分析。圖1XX國際際廣場(chǎng)效果圖圖圖2XX國際際廣場(chǎng)剖面圖圖圖3標(biāo)準(zhǔn)層平平面圖2分析方法法與參數(shù)分析采用大型通通用有限元軟軟件ABAQUUS進(jìn)行，分析析時(shí)主要考慮慮了以下非線線性因素：(1)幾何非線線性：P-Δ效應(yīng)，非線線性屈曲效應(yīng)應(yīng)等均加以考考慮；(2)材料非線線性：建立材材料非線性應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)關(guān)系模型來模模擬混凝土、鋼鋼筋和鋼材的的非線性，有有效模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的彈塑塑性發(fā)展過程程；(3)施工過程程非線性：采采用“單元生死技技術(shù)”模擬實(shí)際施施工順序，即即由下至上逐逐層激活各層層構(gòu)件，最后后再激活伸臂臂桁架的斜腹腹桿和防屈曲曲耗能支撐。以以施工模擬的的最終狀態(tài)作作為結(jié)構(gòu)的初初始狀態(tài)，進(jìn)進(jìn)行地震作用用下的時(shí)程分分析。本結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件件類別主要有有梁、柱、斜斜撐及剪力墻墻，對(duì)于梁、柱柱及斜撐等桿桿件采用了纖纖維梁?jiǎn)卧?，該該單元基于Timosshenkoo梁理論,可以考慮剪剪切變形剛度度，而且計(jì)算算過程中單元元?jiǎng)偠仍诮孛婷鎯?nèi)和長(zhǎng)度方方向兩次動(dòng)態(tài)態(tài)積分得到；；而對(duì)于剪力力墻構(gòu)件則采采用四邊形或或三角形縮減減積分殼單元元模擬。本工程中主要有有兩類基本材材料,即鋼材和混混凝土。鋼材材采用雙線性性隨動(dòng)硬化模模型，考慮包包辛格效應(yīng)，在在循環(huán)過程中中，無剛度退退化。分析時(shí)時(shí)，設(shè)定鋼材材的強(qiáng)屈比為為1.2，極限應(yīng)變變?yōu)?.025?；炷敛牟牧喜捎脧椝芩苄該p傷模型型,能夠考慮混混凝土材料拉拉壓強(qiáng)度差異異、剛度及強(qiáng)強(qiáng)度退化以及及拉壓循環(huán)裂裂縫閉合呈現(xiàn)現(xiàn)的剛度恢復(fù)復(fù)等性質(zhì)。計(jì)計(jì)算中，混凝凝土材料軸心心抗壓和軸心心抗拉強(qiáng)度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值按《混混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范》取取值。當(dāng)荷載載從受拉變?yōu)闉槭軌簳r(shí),混凝土材料料的裂縫閉合合,抗壓剛度恢恢復(fù)至原有的的抗壓剛度；；當(dāng)荷載從受受壓變?yōu)槭芾瓡r(shí),混凝土材料料的抗拉剛度度不恢復(fù),如圖4所示。圖4混凝土拉拉壓剛度恢復(fù)復(fù)示意圖分析時(shí)采用了中中國建筑科學(xué)學(xué)研究院提供供的2組天然波和1組人工波。主主、次方向地地震波峰值加加速度比為1:0.885，峰值加速速度取0.51g。地震波持持續(xù)時(shí)間取為為45秒。由于本本工程中人工工波作用下的的結(jié)構(gòu)反應(yīng)較較大，故主要要取人工波作作用下的結(jié)果果。圖5為人工波的的時(shí)程曲線。a)主輸入方方向b)次輸入方方向圖5人工波波時(shí)程曲線3初始方案案分析結(jié)果建立彈塑性分析析模型后，考考慮結(jié)構(gòu)施工工過程，進(jìn)行行結(jié)構(gòu)重力加加載分析，形形成結(jié)構(gòu)初始始內(nèi)力和變形形狀態(tài)。然后后計(jì)算結(jié)構(gòu)自自振特性以及及其它基本信信息，并與原原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)對(duì)比校核，保保證彈塑性分分析結(jié)構(gòu)模型型與原模型一一致。輸入地地震記錄，進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)大震震作用下的動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)分析析。分析結(jié)果表明，結(jié)結(jié)構(gòu)在罕遇地地震作用下的的最大層間位位移角為1/54，不滿足規(guī)規(guī)范的要求。同同時(shí)，墻體破破壞情況嚴(yán)重重，尤其是34層以上的Y向墻體，基基本完全破壞壞。不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防防目標(biāo)。圖6為三組地震震波作用下的的最大層間位位移角曲線。圖6三組波波的最大層間間位移角曲線線比較4結(jié)構(gòu)方案案優(yōu)化通過上述分析，發(fā)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的主主要問題出現(xiàn)現(xiàn)在第34層以上的墻墻體。本工程程第32層為避難層層，同時(shí)也是是結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)強(qiáng)層，層高5.5m；33層為餐廳層層，層高4.2m；34層為大堂層層，其間有設(shè)設(shè)備夾層，層層高8m；35層以上為酒酒店層，層高高3.5m。局部剖面面圖見下圖：：由于34層的層層高較高，造造成了豎向剛剛度嚴(yán)重突變變。本層的X向?qū)娱g剛度度與上層剛度度比為0.59440，Y向?qū)娱g剛度度與上層剛度度比為0.54338。按照規(guī)范范對(duì)薄弱層的的地震作用進(jìn)進(jìn)行放大后，在在彈性分析和和彈性時(shí)程分分析時(shí)并未發(fā)發(fā)現(xiàn)有特別明明顯的變化，但但在彈塑性時(shí)時(shí)程分析時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)34的局部薄弱弱對(duì)結(jié)構(gòu)的抗抗震性能造成成了較大影響響，需要對(duì)此此進(jìn)行優(yōu)化。由于建筑專業(yè)堅(jiān)堅(jiān)持酒店大堂堂的位置及凈凈高，所以無無法通過調(diào)整整樓層立面的的方法解決局局部薄弱的問問題。通過多多種方案比較較后，決定將將大堂上空的的設(shè)備夾層并并入酒店客房房層，即將34層的層高由8m改為5.8m，35層的層高由3.5m改為5.7m。層高2.2m的設(shè)備夾層層按架空層處處理，架空層層的樓板通過過密布小柱支支撐在35層地面上，并并且與周邊的的框架和核心心筒脫開，地地震作用力將將通過35層地面?zhèn)髦林量箓?cè)構(gòu)件上上。修改后的的結(jié)構(gòu)局部剖剖面見下圖。優(yōu)化后，34層層的X向?qū)娱g剛度度與上層剛度度比為0.71443，Y向?qū)娱g剛度度與上層剛度度比為0.72337；35層的X向?qū)娱g剛度度與上層剛度度比為0.95778，Y向?qū)娱g剛度度與上層剛度度比為0.95570?？梢钥闯龀觯植勘∪跞醯某潭鹊玫降搅擞行Ь徑饨?。針對(duì)34層以上剪力力墻破壞較為為嚴(yán)重的情況況，將核心筒筒內(nèi)設(shè)置的構(gòu)構(gòu)造鋼骨截面面加大，并延延伸至頂層。同同時(shí)將34層以上的剪剪力墻水平筋筋加強(qiáng)布置。圖7調(diào)整前前后的局部樓樓層剖面5優(yōu)化后主主要結(jié)果結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，重重新進(jìn)行了大大震作用下的的彈塑性時(shí)程程分析，主要要結(jié)果如下：：5.1與大大震彈性結(jié)果果的比較進(jìn)行了結(jié)構(gòu)在大大震作用下的的彈性時(shí)程分分析，與彈塑塑性時(shí)程分析析的結(jié)果進(jìn)行行了比較。彈彈性分析與彈彈塑性分析的的模型相同，只只是不考慮材材料的非線性性因素。對(duì)比可知，由于于結(jié)構(gòu)在罕遇遇地震作用下下混凝土發(fā)生生損傷，出現(xiàn)現(xiàn)了塑性變形形，結(jié)構(gòu)的側(cè)側(cè)向剛度隨之之減弱，使得得大震彈塑性性分析的基底底剪力比大震震彈性分析的的基底剪力小小，彈塑性的的結(jié)果約是彈彈性結(jié)果的60~93％。彈塑性分析與彈彈性分析得到到的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)點(diǎn)最大位移基基本相同，而而彈塑性分析析得到的最大大層間位移角角則要普遍大大于彈性分析析結(jié)果，但變變形趨勢(shì)基本本相同。局部部樓層由于進(jìn)進(jìn)入塑性程度度較高，在大大震作用下的的層間位移放放大較多。5.2位移移圖8為最大層間間位移角曲線線，從中可以以看出，在各各條地震波的的作用下，結(jié)結(jié)構(gòu)最大層間間位移角為1/104，滿足規(guī)范范的要求。圖8三組波波的最大層間間位移角曲線線比較5.3核心心筒結(jié)構(gòu)損傷傷圖9為人工波作作用下的核心心筒損傷分布布圖。從中可可以看出，核核心筒所有的的連梁均進(jìn)入入了塑性，并并且損傷情況況均比較嚴(yán)重重。這說明在在罕遇地震作作用下，連梁梁形成了鉸機(jī)機(jī)制，起到了了屈服耗能的的作用。核心筒下部的墻墻體破壞較輕輕，且基本發(fā)發(fā)生在與連梁梁相連的區(qū)域域。而34層以上的墻墻體破壞比較較嚴(yán)重，尤其其是核心筒兩兩側(cè)的長(zhǎng)墻，破破壞集中在墻墻體中部。在在施工圖設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，對(duì)34層以上的墻墻體配筋做了了進(jìn)一步的加加強(qiáng)，保證結(jié)結(jié)構(gòu)安全。X向?yàn)橹鬏斎敕椒较験向?yàn)橹鬏斎敕椒较驁D9人工波波作用下核心心筒損傷整體體分布圖5.4外框框架塑性情況況圖10為人工波波作用下的外外框架損傷分分布圖。從中中可以看出，在在大震作用下下，外框架柱柱基本保持彈彈性，而外框框架梁則部分分進(jìn)入了塑性性，但程度也也較輕，主要要集中在結(jié)構(gòu)構(gòu)的上部。X向?yàn)橹鬏斎敕椒较験向?yàn)橹鬏斎敕椒较驁D10人工工波作用下外外框架損傷分分布圖5.5伸臂臂桁架和環(huán)向向桁架的塑性性情況結(jié)構(gòu)伸臂桁架在在罕遇地震作作用下基本保保持彈性，只只有局部構(gòu)件件進(jìn)入彈塑性性狀態(tài)，但塑塑性程度較輕輕，最大塑性性變形約為1377με（人工波、Y為輸入主方方向）。5.6防屈屈曲耗能支撐撐的塑性情況況防屈曲耗能支撐撐在罕遇地震震作用下均進(jìn)進(jìn)入了塑性，圖11為典型防屈曲耗能支撐的滯回曲線，從中可以看出，其反應(yīng)基本符合原設(shè)計(jì)的意圖，滯回曲線飽滿，發(fā)揮了耗散地震能量的作用。X向?yàn)橹鬏斎敕椒较験向?yàn)橹鬏斎敕椒较驁D11典型型防屈曲耗能能滯回曲線6結(jié)論XX國際廣場(chǎng)是是立面存在剛剛度突變和承承載力突變的的復(fù)雜超限高高層結(jié)構(gòu)。對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的的罕遇地震作作用下的彈塑塑性時(shí)程分析析表明，