1.前言
　　超限高層建筑或超B級(jí)高度，或體型復(fù)雜，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯;或平面布置不規(guī)則，剛度突變;或承載力突變;或幾個(gè)兼有之，因此在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)上相對(duì)復(fù)雜，須保證其結(jié)構(gòu)性能滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)，其中評(píng)估超限高層能否滿足“大震不倒”，找出結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的薄弱層并采取措施加強(qiáng)就顯得尤為重要。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]都建議對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算。其中靜力彈塑性分析法(Elasto-plastic Pushover Analysis)是一種計(jì)算結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)的簡(jiǎn)化方法。
　　2.工程概況
　　本工程位于廣州天河，地上44層、地下3層，首層層高8m，轉(zhuǎn)換層層高5.7m，標(biāo)準(zhǔn)住宅層層高3.15m，天面層標(biāo)高149.6m。地下一層為設(shè)備用房和車庫(kù);地下2層、3層為車庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)作為人防工程使用。工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年限為50年，建筑天面層標(biāo)高149.6m，平面尺寸36.5mX19.7m，高寬比為8.7。
　　由于建筑功能的要求，建筑首層需8米層高并且在3層設(shè)置轉(zhuǎn)換層;嵌固端設(shè)置在地下一層地下室頂板。結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆型鋼混凝土部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主要抗側(cè)力構(gòu)件為剪力墻。除中部核心筒剪力墻及周圍部分剪力墻直接落地外，大部分剪力墻在轉(zhuǎn)換層通過(guò)梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為框支柱。框支柱及轉(zhuǎn)換梁采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。支承型鋼梁的剪力墻墻端設(shè)置鋼骨，型鋼柱最大截面1300x1800mm，底層核心筒厚度最大800mm，轉(zhuǎn)換層以上核心筒沿著高度逐漸減薄到300mm;型鋼轉(zhuǎn)換梁截面最大為1300x2700mm。墻柱混凝土強(qiáng)度地下室至8層采用C60,中間層隨高度增加逐步變換，34層以上墻柱采用C30。樓蓋采用現(xiàn)澆混凝土梁板式樓蓋，轉(zhuǎn)換層及地下一層采用200mm厚，中部筒體范圍內(nèi)板厚150mm，其余樓面板厚100mm。
　　3.分析的方法及目的
　　本工程采用結(jié)構(gòu)通用計(jì)算軟件Midas對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析(pushover法)，以評(píng)估建筑主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的抗震性能。Midas/Gen 的Pushover 分析是基于FEMA-273 和ATC-40[3]。
　　靜力彈塑性分析時(shí)，梁基本上采用M鉸，對(duì)有可能剪切破壞的連梁同時(shí)M鉸及V鉸;柱僅采用P-MM鉸;剪力墻主要采用P-MM鉸，在底部樓層及剪力墻變化較大部位(轉(zhuǎn)換層以上兩層)中剪力較大的墻增設(shè)V鉸。程序模擬剪力墻非線性本構(gòu)關(guān)系的模型，本質(zhì)上就是等效為薄壁柱。
　　Midas 根據(jù)計(jì)算模型中的各構(gòu)件截面、材料特性和配筋情況，計(jì)算出各構(gòu)件的上述非線形本構(gòu)關(guān)系，材料參數(shù)均按GB 50010-2002采用。本次計(jì)算采用了FEMA273 提供的塑性鉸本構(gòu)關(guān)系，
　　結(jié)構(gòu)的模型分析中揭示第一和第二振型均為分別沿X 軸平動(dòng)和Y 軸平動(dòng)。在分析中以這兩種振型決定的水平分布荷載為加載模式，以位移增量控制，對(duì)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了X 方向和Y 方向的靜力彈塑性分析。計(jì)算采用剛性樓板假定，材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，配筋數(shù)據(jù)來(lái)自小震計(jì)算結(jié)果及規(guī)范要求，即彈塑性模型的配筋參數(shù)與實(shí)際配筋已較接近，其分析結(jié)構(gòu)是接近真實(shí)的。加載順序與水平荷載豎向分布模式，分兩步進(jìn)行加載，第一步為施加重力荷載代表值，并在施加水平荷載過(guò)程中保持恒定;第二步為逐步施加豎向分布模式為倒三角形的水平荷載。
　　各個(gè)水準(zhǔn)地震水平作用下抗震性能評(píng)價(jià)采用能力譜法，Midas 根據(jù)我國(guó)抗震規(guī)范提供的加速度譜(彈性譜)，使用ATC-40 中的能量等效方法計(jì)算等效阻尼比，然后利用等效阻尼折減為適用于大震作用下的彈塑性需求譜。能力譜方法分析結(jié)果圖中，其中4 條紅線對(duì)應(yīng)阻尼比為5%、10%、15%和20%的罕遇地震彈性需求譜，綠線代表進(jìn)行了折減后的真實(shí)彈塑性需求譜。黃線Pushover 計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)能力譜,彈塑性需求譜與能力譜相交得到罕遇地震作用下的性能控制點(diǎn)。
　　4. 罕遇地震下靜力彈塑性分析結(jié)果由圖可以看到：結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，X 方向、Y 方向性能點(diǎn)的頂點(diǎn)位移分別為0.546m和0.502m，分別為建筑物高度的1/276 和1/302。結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的等效阻尼比分別為10.97%和8.51%, 從能力譜可以看出結(jié)構(gòu)整體性能點(diǎn)處于“小震不壞”和“大震不倒”之間,離“大震不倒”仍有相當(dāng)一段距離，主體結(jié)構(gòu)仍處于強(qiáng)度上升階段，有一定的安全儲(chǔ)備。此時(shí)X 方向的最大層間位移角出現(xiàn)在第23 層，為1/184;Y 向最大層間位移角出現(xiàn)在第28 層，為1/232。以上數(shù)據(jù)表明兩個(gè)方向的分析所得最大彈塑性層間位移角均小于規(guī)范規(guī)定的1/100 的彈塑性層間位移角限值。結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)能做到“小震不壞，大震不倒”。
　　5.罕遇地震下關(guān)鍵構(gòu)件的補(bǔ)充驗(yàn)算
　　以轉(zhuǎn)換柱及轉(zhuǎn)換梁為例，對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算。
　　框支柱截面1100×1600，型鋼截面為1100×500×20×20+700×500×20×20，混凝土強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為38.5 (N/mm2)，主筋強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為400 (N/mm2)，箍筋強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為325(N/mm2)，型鋼強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為325(N/mm2)。
　　該構(gòu)件罕遇地震作用下的內(nèi)力(KN：

荷載工況	軸力 (kN)	柱底剪力 X (kN)	柱底剪力 Y(kN)	柱頂彎矩 X  (kN.m)	柱頂彎矩 Y(kN.m)	柱底彎矩 X(kN.m)	柱底彎矩 Y(kN.m)
1.0恒+0.5活+1.0地震x	-57250	-1110	-1185	1997	-1082	4790	5292
1.0恒+0.5活+1.0地震y	-55451	-759	-1190	3135	-1025	5201	3302

　　根據(jù)PKPM構(gòu)件計(jì)算程序GJ結(jié)果可知，在該內(nèi)力組合下，該框支柱的箍筋及縱筋小于構(gòu)件最大配筋率，因而認(rèn)為，該框支柱在罕遇地震作用下不屈服。
　　轉(zhuǎn)換梁截面1600×2700，型鋼截面為500×2300×30×30，混凝土強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為29.6(N/mm2)，主筋強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為400 (N/mm2)，箍筋強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為400(N/mm2)，型鋼強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值為325(N/mm2)
　　轉(zhuǎn)換梁罕遇地震作用下構(gòu)件內(nèi)力：

荷載工況	端部		跨中
	彎矩（kN.m）	剪力 （kN）	彎矩（kN.m）	剪力 （kN）
1.0恒+0.5活+1.0地震x	34389	23420	34562	2536
1.0恒+0.5活+1.0地震y	45980	32075	48180	3233

　　根據(jù)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 138-2001)5.1.2條公式(5.1.2-1)計(jì)算(梁按構(gòu)造配筋)，該梁的抗彎承載力為51998kN.m，大于罕遇地震作用下梁彎矩。
　　根據(jù)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 138-2001)5.1.2條公式(5.1.5-1)計(jì)算(梁配筋按最小配箍率)，該梁的抗剪承載力為28325kN，小于罕遇地震作用下梁剪力;提高梁箍筋，采用三級(jí)鋼直徑18@100(4)，該梁的抗剪承載力為36046kN，大于罕遇地震作用下梁剪力。該梁在罕遇地震作用下不屈服。
　　6 .結(jié)語(yǔ)
　　本文以一超限高層建筑為例，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的抗震性能分析，并對(duì)分析中揭示出來(lái)的薄弱層和相關(guān)關(guān)鍵部位構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)基本可以滿足罕遇地震作用下對(duì)承載力、位移效應(yīng)的控制目標(biāo)，滿足規(guī)范的對(duì)大震不倒的指標(biāo)要求，達(dá)到預(yù)定的抗震設(shè)防性能目標(biāo)。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011—2010) [M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010
　　[2] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3—2010)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010
　　[3] ASCE /SEC 41246 　Seismic rehabilitation of existing buildings [ S ]. Reston: American Society of Civil Engineers, 2007.