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《浙江建筑雜志》2014年第八期

1結構體系特性分析

本結構從室外地坪到檐口高度為198m，屬于超高層結構，合理選擇抗側力體系才能保證結構在地震下的動力性能。本結構采用鋼管混凝土－鋼梁－鋼支撐的組合結構體系，為增加組合結構空間協同性，在結構20層和22層設一道腰桁架，為降低結構成本，22層以上取消部分支撐。結構體系分解見圖4。如此結構布置，地震作用下結構的慣性力可由支撐和鋼框架共同承擔。對結構進行動力特性分析，取前4階振型。第一階振型為X方向(結構平面的長邊方向)水平振動，第一周期為4．43s;第二階振型為Y向水平振動，對應的周期為3．99s;第三階振型為繞Z軸的扭轉振動，對應周期為3．18s;第四階振型為X向水平振動，對應周期為1．52s。由于第一周期為長邊向振動，說明結構沿結構短邊方向設置的支撐加大了短邊方向抗側剛度。

2地震作用下結構性能分析

該大廈位于7度區，場地類別為Ⅱ類地區的第一組，結構安全等級為一級。7度小震地震波加速度峰值為35gal，大震地震波加速度峰值為220gal。為研究本結構在地震作用下的動力性能，取ELCentro波。

2．1小震下結構性能分析現在常用的結構性能評價指標包括結構基底剪力、結構底部傾覆力矩、頂層位移、層間位移角等。但是我國抗震規范并沒有給出小震下這些性能指標的限值，難以直觀地對“小震不壞”的準則進行判斷。相關研究表明結構在地震作用下能量反應包括總輸入能、動能、阻尼能、彈性變形能和塑性變形能，可采用結構塑性變形判斷結構在地震下的性能。判斷準則為:塑性變形能為零，則說明結構各構件保持彈性，沒有屈服。結構在小震作用下的能量時程見圖5a)，可以看出塑性變形能始終保持為零，結構在小震下保持彈性，結構設計合理，沒有發生破壞。

2．2大震下結構性能分析大震作用下取結構基底剪力、結構底部傾覆力矩、頂層位移、結構能量時程和層間位移角等來衡量，其中結構能量、基底剪力為時程量，層間位移角取包絡值，見圖5b)～d)。層間位移角既可以判斷結構在大震作用下能否滿足穩定要求，又可以判斷結構是否存在薄弱層，結合我國規范中有結構關于層間位移角的限值，可以判斷結構在大震下的性能是否滿足要求。通過能量提取及其圖譜化，獲得結構大震下耗能分布統計，可直觀地對結構大震性能、耗能機制等進行分析判斷，有助于確立對結構構件乃至結構體系的微觀與宏觀的作用關系，從而為結構抗震設計提供更為豐富且直觀的參考指標，為優化結構提供有力支撐。我國抗震規范還沒有關于組合結構的彈塑性層間位移角限值的規定，本文按照對多、高層鋼結構的限值取用，限值為1/50［6］。由圖5可見，22層以下的層間位移角較小，而22～37層的層間位移角較大，37～40層的層間位移角又變小，這是因為22～37層取消了部分支撐，導致層間剛度較小，但是層間位移角最大為1/174．8，滿足規范的要求。鋼管混凝土－鋼梁－鋼支撐結構具有良好的抗側力性能，在小震下保持彈性，大震作用下層間位移角滿足規范要求，是一種良好的抗震結構形式，適用于超高層結構。

3結語

本文利用MSC．MARC建立了某大廈的三維有限元模型，利用ElCentro波對其進行了動力彈塑性時程分析，得到了小震下結構的能量反應和大震下結構各項性能指標，主要得出以下結論:(1)MSC．MARC可以方便地建立復雜結構的精細模型，具有良好的非線性計算能力，是解決復雜結構動力性分析的有力工具。(2)由結構的能量時程反應可知，小震作用下大廈的彈塑性變形能為零，結構保持彈性，沒有發生破壞;大震作用下結構進入彈塑性，但主體結構仍然滿足大震不倒的要求。(3)22層以上取消了部分支撐，結構的層間剛度變小，層間位移角增大，大震時最大層間位移角發生在28層，層間位移角為1/174．8，滿足規范要求，其結構設計合理。(4)鋼管混凝土－鋼梁－鋼支撐結構形式是一種具有良好抗震性能的結構，適用于超高層結構。

作者：吳琳高濤尹璐單位：眾安集團有限公司杭州天元建筑設計研究院有限公司華潤萬家有限公司