中學(xué)高中部教學(xué)樓及食堂建設(shè)項目-地震時保持建筑正常使用功能設(shè)計

中學(xué)中學(xué)高中部教學(xué)樓及食堂建設(shè)項目地震時保持建筑正常使用功能設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u1.工程概況 41.1工程地點，工程周邊環(huán)境，工程分區(qū)，主要功能 41.2各單體主要結(jié)構(gòu)特征 41.3設(shè)計標準 41.3.1安全等級 41.3.2抗震設(shè)防類別 41.3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計工作年限 41.3.4自然條件 51.3.5主要結(jié)構(gòu)材料 52.設(shè)計原則及結(jié)構(gòu)布置 52.1設(shè)計原則 52.2結(jié)構(gòu)布置 53.性能目標 73.1地震時正常使用建筑分類 73.2地震時正常使用建筑的性能目標 74.中震彈性時程分析 84.1地震波的選擇 84.2彈性時程分析計算結(jié)果 104.3彈性時程分析結(jié)論 125.大震動力彈塑性時程分析 135.1彈塑性單元與材料本構(gòu)關(guān)系 135.2罕遇地震下彈塑性時程分析目的 142)為后續(xù)章節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在罕遇地震下的性能水準驗算提供依據(jù)； 145)綜合評價結(jié)構(gòu)的抗震性能，并提出相應(yīng)設(shè)計建議； 145.3模型基本信息 15彈塑性分析模型信息和參數(shù) 155.4模態(tài)分析結(jié)果 15第1振型圖 155.5地震波信息 16地震波與規(guī)范反應(yīng)譜主要周期點地震影響系數(shù)差值 185.6分析工況信息 185.7剪力結(jié)果 19各組地震波作用下基底剪力和剪重比表格 195.8位移結(jié)果 20地震波作用下位移表格 205.9能量圖及附加阻尼比 21ξd=ξ0*(Ed(t)/Ec(t)) 225.10結(jié)構(gòu)損傷及性能化評估 22框架梁 22(1)混凝土受壓損傷 22(2)鋼筋塑性應(yīng)變 23(3)性能水平 24(1)混凝土受壓損傷 24(2)鋼筋塑性應(yīng)變 25(3)性能水平 25(1)混凝土受壓損傷 26(2)鋼筋塑性應(yīng)變 26(3)性能水平 275.11性能水準統(tǒng)計 28性能平均結(jié)果 28性能包絡(luò)結(jié)果 30輸出豎向 31構(gòu)件抗剪驗算 325.12結(jié)論 341)關(guān)鍵構(gòu)件 342)普通豎向構(gòu)件 343)耗能構(gòu)件 346采用等效彈性法對主要構(gòu)件設(shè)計與驗算（中震） 346.1分析原理及基本設(shè)定條件 341）分析原理 342）參數(shù)設(shè)置 356.2中震下典型樓層構(gòu)件配筋結(jié)果 35分析結(jié)論 436.3關(guān)鍵構(gòu)件(框架柱)中震、大震驗算 436.4中震及大震等效彈性分析結(jié)論 437建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件 438附屬機電設(shè)備和儀器設(shè)備 439維護與監(jiān)測 441.工程概況1.1工程地點，工程周邊環(huán)境，工程分區(qū)，主要功能本工程為第三中學(xué)高中部教學(xué)樓及學(xué)生食堂建設(shè)項目，由第三中學(xué)建設(shè)。項目用地位于第三中學(xué)江南校區(qū)內(nèi),用地東側(cè)緊鄰江南大道，西側(cè)緊鄰現(xiàn)校園內(nèi)部道路，北側(cè)為教學(xué)樓，南側(cè)為住宅小區(qū)。本工程建設(shè)位置位于校園用地的東南側(cè)，本工程占地范圍內(nèi)東北側(cè)高，西南側(cè)低，高差較大。最高高程約為247.23，最低高程約為223.00。高差約24.23米。本項目用地面積為109828㎡，本工程擬在項目用地內(nèi)建設(shè)1棟高層公共建筑，含報告廳、食堂（餐廳及廚房）、教室及辦公用房、車庫及設(shè)備用房。總建筑面積11731.44㎡，總計容建筑面積：9523.50㎡，項目西側(cè)為多能能報告廳，東側(cè)為教學(xué)綜合樓，兩棟建筑間設(shè)抗震縫斷開。1.2各單體主要結(jié)構(gòu)特征本項目新建兩棟樓主要結(jié)構(gòu)特征說明如下表：子項名稱平面尺寸地上層數(shù)地下層數(shù)主要層高房屋高度教學(xué)樓97.15m╳18.00m地下34.7mx46.5m75.1/4.8m/4.2mm35.50m多功能報告廳47.3m╳20.2m25.1m/9.0m14.10m1.3設(shè)計標準1.3.1安全等級根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》GB50068－2018，本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級為一級。1.3.2抗震設(shè)防類別根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》GB50223-2008，本工程抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類）1.3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計工作年限多功能報告廳、教學(xué)樓主體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作年限50年。1.3.4自然條件基本風(fēng)壓：0.35kN/m2(50年一遇基本風(fēng)壓）。基本雪壓：無。本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組。1.3.5主要結(jié)構(gòu)材料混凝土強度等級：柱剪力墻梁板C45~35C45~34C30鋼筋：縱筋箍筋柱HRB400HRB400梁HRB400HRB400樓板HRB4002.設(shè)計原則及結(jié)構(gòu)布置2.1設(shè)計原則教學(xué)樓為新建項目，主要建筑使用功能為學(xué)校及其配套建筑。根據(jù)《重慶市超限高層建筑工程界定規(guī)定（2016年版）》，本項目非超限；根據(jù)中華人民共和國國務(wù)院令第744號《建設(shè)工程抗震管理條例》第16條的相關(guān)規(guī)定，本工程應(yīng)保證發(fā)生本區(qū)域設(shè)防烈度地震時能夠滿足正常使用功能，據(jù)此本工程按照《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)原則進行設(shè)計，其相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施應(yīng)滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定。2.2結(jié)構(gòu)布置教學(xué)樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，嵌固端為架空層，基頂以上共七層，總高度35.90米，其中上接地高度26.4米，下接地高度9.5米（吊腳部分高度3.5米），結(jié)構(gòu)平面布置如下圖所示。圖2.2-1負二層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2.2-2負一層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2.2-3一層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2.2-4二層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2.2-5三層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2.2-6四層結(jié)構(gòu)平面布置圖圖2.2-7屋面層結(jié)構(gòu)平面布置圖3.性能目標3.1地震時正常使用建筑分類根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》第3.1.1條，本工程建筑類型屬于Ⅱ類。3.2地震時正常使用建筑的性能目標結(jié)構(gòu)抗震性能目標是針對某一地震設(shè)防水準而期望建筑物能夠達到的性能水準或等級，是抗震設(shè)防水準與結(jié)構(gòu)性能水準的綜合反應(yīng)。規(guī)范中將結(jié)構(gòu)抗震性能目標分為A、B、C、D四個等級，每個性能目標等級，在不同的地震水準（多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震）下，有不同的性能水準。其對應(yīng)關(guān)系如下表所示：表3.2-1性能目標與性能水準的關(guān)聯(lián)性性能目標地震水準ABCD多遇地震性能1性能1性能1性能1設(shè)防地震性能1性能2性能3性能4罕遇地震性能2性能3性能4性能5對不同性能水準，應(yīng)達到的預(yù)期的震后性能狀況如下表：表3.2-2各性能水準結(jié)構(gòu)預(yù)期的震后性能狀況結(jié)構(gòu)抗震性能水準宏觀損壞程度損壞部位繼續(xù)使用的可能性關(guān)鍵構(gòu)件普通豎向構(gòu)件耗能構(gòu)件1完好、無損壞無損壞無損壞無損壞不需修理即可繼續(xù)使用2基本完好、輕微損壞無損壞無損壞輕微損壞稍加修理即可繼續(xù)使用3輕度損壞輕微損壞輕微損壞輕微損壞一般修理后可繼續(xù)使用4中度損壞輕度損壞部分構(gòu)件中度損壞中度損壞、部分比較嚴重損壞修復(fù)或加固后可繼續(xù)使用5比較嚴重損壞中度損壞部分構(gòu)件比較嚴重損壞比較嚴重損壞需排險大修根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》3.1.2和3.1.3條規(guī)定，本項目應(yīng)滿足Ⅱ類建筑正常使用的性能目標，具體見下表：表3.2-3Ⅱ類建筑正常使用的性能目標構(gòu)件類型設(shè)防地震罕遇地震結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本完好或輕微損壞輕度或中度損壞建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本完好中度損壞建筑附屬機電設(shè)備正常工作中度損壞功能性儀器設(shè)備正常工作中度損壞總體性能目標無需修理可繼續(xù)使用適度修理可繼續(xù)使用根據(jù)工程的場地條件、社會效益、結(jié)構(gòu)的功能和構(gòu)件重要性，并考慮經(jīng)濟因素，本項目要在達到C級性能目標，但對于關(guān)鍵構(gòu)件，其性能水準仍然按照性能目標B對應(yīng)的性能水準確定。根據(jù)以上目標對1-B#教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及整體指標做以下性能設(shè)定：表3.2-4教學(xué)樓抗震設(shè)計性能目標表抗震水準多遇地震設(shè)防地震罕遇地震層間位移角限值1/5501/5001/100構(gòu)件性能關(guān)鍵構(gòu)件框架柱彈性正截面承載力彈性受剪承載力彈性正截面承載力不屈服受剪承載力彈性可形成塑型鉸,可以輕度損壞耗能構(gòu)件框架梁彈性允許進入塑性進入塑性，大部分中度破壞，1/3以下破壞較嚴重樓板彈性允許進入塑性，部分構(gòu)件比較嚴重破壞進入塑性，大部分中度破壞，1/2以下破壞較嚴重4.中震彈性時程分析根據(jù)本項目性能設(shè)計目標，采用彈性反應(yīng)譜按等效彈性方法計算設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，并進行彈性時程分析法補充計算，驗證彈性反應(yīng)譜分析結(jié)果的正確性，結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)取時程分析結(jié)果與反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值，保證結(jié)構(gòu)安全、可行。4.1地震波的選擇按照《高規(guī)》4.3.5條要求，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選取實際地震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，其中實際地震記錄的數(shù)量不應(yīng)小于總數(shù)量的2/3，多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。采用PKPM軟件，利用2組實際強震記錄的加速度時程曲線以及1組人工模擬的加速度時程曲線對結(jié)構(gòu)進行多遇地震彈性時程分析；其地震加速度時程的最大值調(diào)整為50cm/s2，采用雙向地震輸入，主次方向峰值比例為1：0.85。選用的地震波如下表所示：表4.1-1設(shè)防地震下彈性時程分析所選地震波表編號地震波記錄時間T1TH063TG045_IMPERIALVALLEY-0610-15-1979ELCENTROARRAY(天然波)39.52sT2TH2TG045(天然波)39.64sR1RH2TG045(人工波)30s選用的地震波滿足規(guī)范對地震動三要素和結(jié)構(gòu)底部剪力的要求：1）頻譜特性—地震波的特征和設(shè)計反應(yīng)譜在統(tǒng)計意義上一致；2）有效峰值—地震加速度最大值按《抗規(guī)》取50cm/s2；3）有效持續(xù)時間—約為結(jié)構(gòu)基本周期的5～10倍，均大于15s。3組實際強震記錄的和1組人工模擬的加速度時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均滿足規(guī)范要求。各時程波的加速度時程如下圖所示。圖4.1-1T1地震時程曲線圖4.1-2T2地震時程曲線圖4.1-3R1地震時程曲線將選取的地震波轉(zhuǎn)換成加速度反應(yīng)譜與設(shè)計目標規(guī)范譜繪制在一張圖表中對比分析，可以清晰地看到所選地震波與反應(yīng)譜的頻譜特性擬合性。地震波與目標反應(yīng)譜的擬合性較好。如下圖所示：圖4.1-4規(guī)范譜與反應(yīng)譜對比圖可以看出3組地震波的地震影響系數(shù)曲線平均值與反應(yīng)譜所用的地震影響系數(shù)曲線在對應(yīng)結(jié)構(gòu)主要振型的周期點（前三個周期）相差均小于20%，滿足規(guī)范規(guī)定的在統(tǒng)計意義上相符的要求。初步判斷本次選波適用于本樓棟。4.2彈性時程分析計算結(jié)果表4.2-1地震波基底剪力與反應(yīng)譜對比表編號底部剪力與規(guī)范譜的比（X向）底部剪力與規(guī)范譜的比（Y向）X向（KN）（Y向）（KN）規(guī)范譜（CQC法）9467.45-8696.51-T19760.90103.09%8813.70101.35%T29786.61103.37%8298.8195.4%R18676.6191.65%9296.41106.90%平均值9350.3998.76%8761.65100.75%CQC法采用規(guī)范反應(yīng)譜，根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》第4.1.3條，水平地震影響系數(shù)最大值取0.12x1.2x1.1=0.1584進行計算。從上表可以看出，每條時程曲線計算的底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。對比結(jié)果表明所選地震波滿足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求。同時也滿足每條地震波輸入計算不大于反應(yīng)譜分析結(jié)果的135%，平均值不大于反應(yīng)譜分析結(jié)果的120%的要求。設(shè)防地震下彈性時程分析結(jié)果見下圖：圖4.2-1最大樓層位移曲線圖4.2-2最大樓層位移角曲線圖4.2-3最大樓層剪力曲線4.3彈性時程分析結(jié)論1）由樓層剪力曲線圖可見，在X和Y方向上每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力大于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）5.1.2條規(guī)定。2）時程分析法顯示結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征、變化規(guī)律與前述振型分解反應(yīng)譜法分析基本一致。3）時程分析表明：反應(yīng)譜計算的樓層基底剪力與時程波計算的樓層底部剪力平均值相當，驗證了反應(yīng)譜分析的準確性。4）地震波的計算結(jié)果與反應(yīng)譜計算結(jié)果相近，施工圖設(shè)計時，結(jié)構(gòu)地震作用取時程計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值，因彈性時程結(jié)構(gòu)平均值均略小于CQC結(jié)果，取地震效應(yīng)按CQC結(jié)果。5）從圖中可以看出，設(shè)防地震下，頂層絕對位移55.83mm，與結(jié)構(gòu)高度比值約為結(jié)構(gòu)層間位移角最大為1/643；結(jié)構(gòu)層間位移角最大為1/374，滿足《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》第4.3.2條關(guān)于地震時正常使用II類建筑框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角限值要求；最大層間位移角位于4層，整體上層間位移角曲線基本平滑，說明結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下變形均勻，不存在薄弱層。6）根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》第4.4.1條:Ⅱ類建筑設(shè)防烈度地震作用時正常使用的最大樓面水平加速度限值為0.45g≈4410mm/m2，從計算結(jié)果顯示，滿足要求。5.大震動力彈塑性時程分析圖5-1SAUSAGE動力彈塑性分析模型5.1彈塑性單元與材料本構(gòu)關(guān)系采用PKPM-SAUSAGE軟件進行動力彈塑性時程分析計算。鋼筋一維本構(gòu)關(guān)系采用雙線性隨動強化模型，混凝土一維本構(gòu)關(guān)系引用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010，PKPM-SAUSAGE中的墻板等單元是平面應(yīng)力單元，使用混凝土材料是二維塑性損傷本構(gòu)模型。PKPM-SAUSAGE采用梁、桿、殼三種單元形式。其中梁模型包括考慮剪切變形的經(jīng)典梁修正模型和Timoshenko梁模型，并且可以考慮鉸接屬性。PKPM-SAUSAGE的線單元（梁、柱和斜撐）在全長度采用精細的截面纖維積分策略，面單元（剪力墻、樓板）采用精細的分層積分策略，通過精細的材料點應(yīng)力-應(yīng)變彈塑性狀態(tài)分析，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性分析結(jié)果更具客觀性和準確性，避免了常見的構(gòu)件宏觀彈塑性模型中彈塑性機制人為預(yù)設(shè)過多和粗糙失真等特點。PKPM-SAUSAGE采用隱式分析方法來模擬高層結(jié)構(gòu)的逐層施工過程。施工過程的找平、水平支撐的后裝等均能按實際過程準確模擬。結(jié)構(gòu)施工過程分析完畢后的應(yīng)力狀態(tài)，將作為地震波作用下結(jié)構(gòu)彈塑性動力時程分析的初始應(yīng)力狀態(tài)。對于地震波作用下的結(jié)構(gòu)彈塑性動力時程分析，PKPM-SAUSAGE采用了適于模擬波動問題的精細步長顯式動力直接積分方法（二階中心差分）。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.11節(jié)——結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計，將結(jié)構(gòu)的抗震性能分為五個水準，對應(yīng)的構(gòu)件損壞程度則分為“無損壞、輕微損壞、輕度損壞、中度損壞、比較嚴重損壞”五個級別。鋼構(gòu)件由于整個截面都是鋼材，其塑性變形從截面邊緣向內(nèi)部逐漸發(fā)展，基本上可根據(jù)邊緣纖維的塑性應(yīng)變大致估計截面內(nèi)部各點處的應(yīng)變水平。鋼筋混凝土構(gòu)件截面上的鋼筋一般分布在截面的外圍，一旦屈服可認為整根鋼筋發(fā)生全截面屈服。鋼構(gòu)件的塑性應(yīng)變可同時考察拉應(yīng)變與壓應(yīng)變，鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋一般主要考察受拉塑性應(yīng)變。鋼筋混凝土構(gòu)件除了考察鋼筋塑性應(yīng)變，還要考察混凝土材料的受壓損傷情況，其程度以損傷因子表示。剪力墻構(gòu)件由“多個細分混凝土殼元+分層分布鋼筋+兩端約束邊緣構(gòu)件桿元”共同構(gòu)成，但對整個剪力墻構(gòu)件而言，如下圖所示，由于墻肢面內(nèi)一般不滿足平截面假定，在邊緣混凝土單元出現(xiàn)受壓損傷后，構(gòu)件承載力不會立即下降，其損壞判斷標準應(yīng)有所放寬?？紤]到剪力墻的初始軸壓比通常為0.5~0.6，當50%的橫截面受壓損傷達到0.5時，構(gòu)件整體抗壓和抗剪承載力剩余約75%，仍可承擔(dān)重力荷載，因此以剪力墻受壓損傷橫截面面積作為其嚴重損壞的主要判斷標準。連梁和樓板的損壞程度判別標準與剪力墻類似，樓板以承擔(dān)豎向荷載為主，且具有雙向傳力性質(zhì)，小于半跨寬度范圍內(nèi)的樓板受壓損傷達到0.5時，尚不至于出現(xiàn)嚴重損壞而導(dǎo)致垮塌。圖5.11混凝土承載力與受壓損傷因子的簡化對應(yīng)關(guān)系在SAUSAGE中構(gòu)件的損壞主要以混凝土的受壓損傷因子、受拉損傷因子及鋼材（鋼筋）的塑性應(yīng)變程度作為評定標準，其與上述“高規(guī)”中構(gòu)件的損壞程度對應(yīng)關(guān)系如下表所示：圖5.1-2性能評價標準說明：表中數(shù)值為單元各性能水平指標下限值，各項指標取不利。Sd為混凝土受壓退化系數(shù)，Sd=±(1-σc/fc)，壓應(yīng)力未達到峰值取負值，壓應(yīng)力超過峰值取正值。為鋼筋（鋼材）塑性應(yīng)變與屈服應(yīng)變的比值。梁柱構(gòu)件性能等級取單元性能等級最大值。5.2罕遇地震下彈塑性時程分析目的本工程結(jié)構(gòu)抗震性能目標為性能目標C，但是對于各結(jié)構(gòu)單元中確定的關(guān)鍵構(gòu)件，其性能水準仍然按照性能目標B對應(yīng)的性能水準確定。即關(guān)鍵構(gòu)件在罕遇地震下結(jié)構(gòu)的性能水準為水準3，根據(jù)《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.11.3-3條的規(guī)定第3水準的結(jié)構(gòu)應(yīng)進行罕遇地震下的彈塑性分析。因此，對本工程進行罕遇地震下的彈塑性時程分析，以期達到以下目的：1)對結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的變形性能、基底響應(yīng)和彈塑性層間位移角等宏觀指標給出定量解答；2)為后續(xù)章節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在罕遇地震下的性能水準驗算提供依據(jù)；3)研究各構(gòu)件在罕遇地震作用下的屈服順序，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形集中的部位，獲得結(jié)構(gòu)的彈塑性變形和延性要求，進而判明結(jié)構(gòu)的屈服機制、薄弱環(huán)節(jié)及可能破壞的類型；4)研究結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下關(guān)鍵部位和關(guān)鍵構(gòu)件的損傷和破壞形態(tài)；5)綜合評價結(jié)構(gòu)的抗震性能，并提出相應(yīng)設(shè)計建議；5.3模型基本信息平面圖三維圖彈塑性分析模型信息和參數(shù)混凝土容重(kN/m3)26.00抗震設(shè)防烈度6(0.05g)鋼材容重(kN/m3)78.00設(shè)計地震分組第一組網(wǎng)格特征尺寸(m)0.80建筑場地類別III結(jié)構(gòu)總質(zhì)量計算結(jié)果如下表所示:結(jié)構(gòu)總質(zhì)量對比總質(zhì)量(t)相對誤差SAUSGPKPM(SAUSG-PKPM)/SAUSG14939.013882.027.00%由以上結(jié)果可見,SAUSG和SATWE軟件的質(zhì)量計算結(jié)果誤差小于7.07%，基本一致5.4模態(tài)分析結(jié)果通過SAUSAGE軟件對結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，得出各振型的自振周期及振型，從中可以反應(yīng)結(jié)構(gòu)的固有動力特性，結(jié)構(gòu)前3階周期振型如下圖所示：第1振型圖第2振型圖第3振型圖SAUSAGE模態(tài)分析結(jié)果表格序號周期(s)SATWE周期(s)相對誤差11.32121.25115.3%21.27081.18886.45%31.16491.11274.48%由以上分析可見，結(jié)構(gòu)第一階振型為Y向平動振型,結(jié)構(gòu)第二階振型為X向平動振型,結(jié)構(gòu)第三階振型為扭轉(zhuǎn)振型。SAUSG和SATWE軟件的模態(tài)分析結(jié)果誤差小于7.0%，基本一致。5.5地震波信息《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.1.2條規(guī)定，多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。時程分析時每條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得到的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。根據(jù)以上要求，選取2組實際強震記錄天然波1~天然波2以及1組人工模擬的場地波人工波1進行彈塑性時程分析。規(guī)范譜根據(jù)國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）確定，αmax=0.28,Tg=0.50。地震波曲線如下:人工波1_主方向人工波1_次方向天然波1_主方向天然波1_次方向天然波2_主方向天然波2_次方向地震波譜如下（地震波均按照規(guī)范峰值加速度調(diào)幅）:地震波與規(guī)范反應(yīng)譜曲線對比地震波與規(guī)范反應(yīng)譜主要周期點地震影響系數(shù)差值主要振型周期規(guī)范譜值人工波1天然波1天然波2平均譜T1=1.321s0.1168-8.46%-8.94%-14.74%-10.71%T2=1.271s0.1209-8.27%-23.98%-30.39%-20.88%T3=1.165s0.1308-11.53%-9.72%-38.44%-19.90%下表給出了各組時程波下基底剪力值及其與反應(yīng)譜分析結(jié)果的比值，其中單條時程波基底反力與反應(yīng)譜結(jié)果的比值均在65%~135%，滿足規(guī)范要求。各組時程波的基底剪力值平均值及反應(yīng)譜分析結(jié)果的比值，在兩個方向分別為115%與93%,滿足規(guī)范80%~120%要求。時程分析與反應(yīng)譜基底剪力對比地震波基底剪力(kN)及比值X主向Y主向人工波114271.4128%(>65%)8498.779%(>65%)天然波111905.4107%(>65%)10853.4101%(>65%)天然波212207.5110%(>65%)10660.999%(>65%)平均值12794.8115%(>80%)10004.393%(>80%)規(guī)范譜11145.010762.05.6分析工況信息分析工況信息表地震波工況類型起始時間(s)終止時間(s)主方向加速度(cm/s2)次方向加速度(cm/s2)豎直向加速度(cm/s2)人工波1RH2TG045_X_4彈塑性0.030.0125.0106.30.0人工波1RH2TG045_Y_4彈塑性0.030.0125.0106.30.0天然波1TH104TG045_X彈塑性0.060.0125.0106.30.0天然波1TH104TG045_Y彈塑性0.060.0125.0106.30.0天然波2Northridge_X彈塑性0.025.0125.0106.30.0天然波2Northridge_Y彈塑性0.025.0125.0106.30.05.7剪力結(jié)果地震波作用下結(jié)構(gòu)的樓層剪力、樓層傾覆力矩以及基底剪力時程統(tǒng)計結(jié)果如下所示。各組地震波作用下基底剪力和剪重比表格地震波基底剪力(kN)和剪重比X主向Y主向人工波14002.80.031977.20.01天然波14056.80.032539.30.02天然波23823.60.031748.10.01彈性、彈塑性地震波作用下基底剪力對比表格地震波基底剪力(kN)和彈塑性/彈性基底剪力比值X主向Y主向彈性基底剪力彈塑性基底剪力彈塑性/彈性比值彈性基底剪力彈塑性基底剪力彈塑性/彈性比值人工波1/4002.8//1977.2/天然波1/4056.8//2539.3/天然波2/3823.6//1748.1/基底剪力時程層間剪力曲線傾覆力矩曲線5.8位移結(jié)果地震波作用下結(jié)構(gòu)的樓層位移、層間位移角統(tǒng)計結(jié)果如下所示。地震波作用下位移表格地震波X主向Y主向最大頂點位移最大層間位移角位移角對應(yīng)層號最大頂點位移最大層間位移角位移角對應(yīng)層號人工波10.0661/28740.0681/2687天然波10.0741/25270.0851/2307天然波20.0591/27470.0771/1977層間位移角樓層位移由以上分析可見，地震作用下層間位移角滿足限值1/100。5.9能量圖及附加阻尼比以人工波1作為實例，提取典型能量圖如下圖所示,并根據(jù)下式估算結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入彈塑性附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比：ξd=ξ0*(Ed(t)/Ec(t))式中：ξ0——彈塑性附加阻尼比Ed(t)——結(jié)構(gòu)進入彈塑性累計耗能時程Ec(t)——主體結(jié)構(gòu)固有模態(tài)阻尼累計耗能時程人工波1作用下能量圖結(jié)構(gòu)附加阻尼比計算表格地震波X主向Y主向彈塑性附加阻尼比彈塑性附加阻尼比人工波10.5%0.5%天然波10.3%0.3%天然波20.6%0.7%包絡(luò)值0.3%0.3%平均值0.4%0.5%人工波1作用下構(gòu)件應(yīng)變能圖結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變能構(gòu)件耗能占比表格構(gòu)件類型耗能占比梁44.7%柱46.6%斜撐0.0%板8.0%墻柱0.6%墻梁0.0%5.10結(jié)構(gòu)損傷及性能化評估框架梁(1)混凝土受壓損傷平均工況1框架梁損傷包絡(luò)工況1框架梁損傷(2)鋼筋塑性應(yīng)變平均工況1框架梁鋼筋塑性發(fā)展程度包絡(luò)工況1框架梁鋼筋塑性發(fā)展程度(3)性能水平平均工況1框架梁性能指標包絡(luò)工況1框架梁性能指標框架柱(1)混凝土受壓損傷平均工況1框架柱損傷包絡(luò)工況1框架柱損傷(2)鋼筋塑性應(yīng)變平均工況1框架柱鋼筋塑性發(fā)展程度包絡(luò)工況1框架柱鋼筋塑性發(fā)展程度(3)性能水平平均工況1框架柱性能指標包絡(luò)工況1框架柱性能指標剪力墻及連梁(1)混凝土受壓損傷平均工況1剪力墻及連梁損傷包絡(luò)工況1剪力墻及連梁損傷(2)鋼筋塑性應(yīng)變平均工況1剪力墻及連梁鋼筋塑性發(fā)展程度包絡(luò)工況1剪力墻及連梁鋼筋塑性發(fā)展程度(3)性能水平平均工況1剪力墻及連梁性能指標包絡(luò)工況1剪力墻及連梁性能指標5.11性能水準統(tǒng)計性能平均結(jié)果梁性能統(tǒng)計柱性能統(tǒng)計樓板性能統(tǒng)計墻柱性能統(tǒng)計墻梁性能統(tǒng)計性能包絡(luò)結(jié)果梁性能統(tǒng)計柱性能統(tǒng)計輸出豎向構(gòu)件抗剪驗算根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震性能目標,進入屈服的豎向構(gòu)件需滿足最小抗剪截面要求。本節(jié)對下表構(gòu)件進行最小抗剪截面計算。第1層柱剪壓比驗算柱號寬/外徑(m)高/內(nèi)徑(m)砼強度(MPa)最大剪力(kN)剪壓比Vmax/fckbh0是否滿足18390.7000.70029.6421.50.03是18400.7500.75029.6329.80.02是18410.7500.75029.6302.20.02是18420.7500.75029.6299.90.02是18430.7500.75029.6290.30.02是18440.7500.75029.6298.30.02是18450.7500.75029.6282.40.02是18460.7500.75029.6260.70.02是18470.7000.70029.6432.90.03是18480.7000.70029.6665.50.05是18490.8000.80029.6886.60.05是18500.8000.80029.6997.10.05是18510.8000.80029.6940.70.05是18520.8000.80029.6899.50.05是18530.7000.70029.6378.60.03是18540.8000.80029.6942.40.05是18550.7000.70029.6458.70.03是18560.8000.80029.6923.10.05是18570.6000.60029.6351.00.03是18580.6000.60029.641.00.00是18590.8000.80029.61474.00.08是18600.6000.60029.6205.30.02是18610.8000.80029.6114.00.01是18620.8000.80029.6106.10.01是18630.6000.60029.6157.00.01是18640.7000.70029.6924.30.06是18650.8000.80029.684.40.00是18660.6000.60029.633.90.00是18670.8000.80029.6481.80.03是18680.4000.40029.68.90.00是18690.6000.60029.642.10.00是18700.6000.60029.6147.70.01是18710.6000.60029.640.90.00是18720.6000.60029.6302.30.03是18730.6000.60029.694.30.01是第1層墻剪壓比驗算墻號墻長(m)墻厚(m)砼強度(MPa)最大剪力(kN)剪壓比Vmax/fckbh0是否滿足6533.3490.35029.6476.50.01是6541.9250.35029.6317.40.02是6553.3510.35029.6462.20.01是6560.9250.35029.6392.80.04是6572.9990.35029.6841.80.03是6583.9250.35029.6312.30.01是6593.0000.35029.6858.90.03是6602.0000.35029.6688.50.03是6616.4870.35029.6231.70.00是6624.1460.35029.6779.70.02是6634.0500.35029.61058.40.03是6644.0380.35029.6240.70.01是6651.5630.35029.6301.40.02是6660.9240.35029.6436.10.05是6671.7000.35029.6391.20.02是6683.7760.35029.6432.70.01是6693.7750.35029.6701.80.02是6702.3380.35029.6245.30.01是6713.9760.35029.6454.20.01是6723.8170.35029.6391.00.01是圖柱剪壓比統(tǒng)計圖墻剪壓比統(tǒng)計從以上圖表結(jié)果可見，豎向構(gòu)件可滿足大震下最小抗剪截面要求。5.12結(jié)論通過對結(jié)構(gòu)輸入滿足規(guī)范要求的3組地震波進行罕遇地震彈塑性時程分析,并結(jié)合所設(shè)定的結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能目標,可以得出以下結(jié)論:1)各地震波作用下,結(jié)構(gòu)彈塑性剪重比平均值為：X方向0.03,Y方向0.01;2)各地震波作用下,結(jié)構(gòu)的最大層間位移角:X方向1/252(第7層),Y方向1/197(第7層)。均小于限值[1/100]，滿足要求;3)各地震波作用下,結(jié)構(gòu)的各附加阻尼比平均值為:結(jié)構(gòu)彈塑性阻尼比(0.4%),總附加等效阻尼比為(5.4%)損傷方面,各類型結(jié)構(gòu)構(gòu)件具體損傷情況及性能水準如下:1)關(guān)鍵構(gòu)件底部加強區(qū)剪力墻滿足正截面不超過"輕度損壞"的性能目標,滿足預(yù)期的性能目標;斜截面不超過"最小抗剪截面"的驗算要求,滿足預(yù)期的性能目標;2)普通豎向構(gòu)件一般部位剪力墻不滿足正截面"中度損壞"的性能目標,需要設(shè)置加強措施;斜截面不超過"最小抗剪截面"的驗算要求,滿足預(yù)期的性能目標;一般部位框架柱滿足正截面不超過"中度損壞"的性能目標,滿足預(yù)期的性能目標;斜截面不超過"最小抗剪截面"的驗算要求,滿足預(yù)期的性能目標;3)耗能構(gòu)件框架梁構(gòu)件正截面不超過"中度損壞",滿足預(yù)期的性能目標;連梁構(gòu)件正截面不超過"中度損壞",滿足預(yù)期的性能目標;樓板構(gòu)件正截面沒有出現(xiàn)超過"輕微損壞"的構(gòu)件,滿足預(yù)期的性能目標。結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件性能匯總?cè)缦卤硭?構(gòu)件罕遇地震性能目標驗算結(jié)果是否滿足性能要求關(guān)鍵構(gòu)件底部加強區(qū)剪力墻輕度損壞(抗剪彈性絕大部分構(gòu)件為無損壞(100%);滿足最小抗剪截面要求;滿足關(guān)鍵構(gòu)件剪力墻輕度損壞，部分中度損壞(抗剪彈性)絕大部分構(gòu)件為無損壞(100)%),部分構(gòu)件出現(xiàn)嚴重損壞;滿足最小抗剪截面要求;部分不滿足，需設(shè)置加強措施框架柱輕度損壞，部分中度損壞(抗剪彈性)絕大部分構(gòu)件為輕微損壞(56%);滿足最小抗剪截面要求;滿足耗能構(gòu)件框架梁中度損壞，部分比較嚴重損壞絕大部分構(gòu)件為無損壞(97%),部分構(gòu)件出現(xiàn)輕微損壞;滿足連梁中度損壞，部分比較嚴重損壞絕大部分構(gòu)件為無損壞(100%);滿足樓板中度損壞，部分比較嚴重損壞絕大部分構(gòu)件為無損壞(100%);滿足綜上所述，該結(jié)構(gòu)在罕遇地震下，除部分構(gòu)件需要加大配筋截面或設(shè)置其他加強措施，可滿足設(shè)定性能水平要求的抗震性能目標。6采用等效彈性法對主要構(gòu)件設(shè)計與驗算（中震）6.1分析原理及基本設(shè)定條件1）分析原理根據(jù)《高規(guī)》的要求，復(fù)雜超限高層建筑在中大震情況下，整體結(jié)構(gòu)往往進入彈塑性狀態(tài)，應(yīng)進行彈塑性分析。第3.11節(jié)結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計的內(nèi)容，為了方便構(gòu)件設(shè)計，允許采用等效彈性方法計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。計算中根據(jù)實際結(jié)構(gòu)進入塑性的情況適當考慮結(jié)構(gòu)阻尼比的增加來模擬結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。本節(jié)按3.2節(jié)設(shè)定的性能目標要求，采用等效彈性方法得到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力后，通過具體構(gòu)件預(yù)定性能目標的驗算，給出構(gòu)件的設(shè)計和配筋，再通過彈塑性分析來最終校核結(jié)構(gòu)是否能滿足預(yù)定的性能目標。2）參數(shù)設(shè)置計算采用PKPM軟件等效彈性方法進行內(nèi)力計算分析。圖6.1-1中震第2性能水準設(shè)