1.前言
　　超限高層建筑或超B級高度，或體型復雜，扭轉效應明顯;或平面布置不規則，剛度突變;或承載力突變;或幾個兼有之，因此在結構抗震設計上相對復雜，須保證其結構性能滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標，其中評估超限高層能否滿足“大震不倒”，找出結構在罕遇地震作用下的薄弱層并采取措施加強就顯得尤為重要。對于復雜的結構形式，《高層建筑混凝土結構技術規程》[1]和《建筑抗震設計規范》[2]都建議對其進行結構彈塑性變形驗算。其中靜力彈塑性分析法(Elasto-plastic Pushover Analysis)是一種計算結構彈塑性地震反應的簡化方法。
　　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，轉換層層高5.7m，標準住宅層層高3.15m，天面層標高149.6m。地下一層為設備用房和車庫;地下2層、3層為車庫，戰時作為人防工程使用。工程設計基準年限為50年，建筑天面層標高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層設置轉換層;嵌固端設置在地下一層地下室頂板。結構采用現澆型鋼混凝土部分框支剪力墻結構體系，主要抗側力構件為剪力墻。除中部核心筒剪力墻及周圍部分剪力墻直接落地外，大部分剪力墻在轉換層通過梁式轉換結構轉換為框支柱。框支柱及轉換梁采用型鋼混凝土結構。支承型鋼梁的剪力墻墻端設置鋼骨，型鋼柱最大截面1300x1800mm，底層核心筒厚度最大800mm，轉換層以上核心筒沿著高度逐漸減薄到300mm;型鋼轉換梁截面最大為1300x2700mm。墻柱混凝土強度地下室至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。樓蓋采用現澆混凝土梁板式樓蓋，轉換層及地下一層采用200mm厚，中部筒體范圍內板厚150mm，其余樓面板厚100mm。
　　3.分析的方法及目的
　　本工程采用結構通用計算軟件Midas對結構進行靜力彈塑性分析(pushover法)，以評估建筑主體結構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，梁基本上采用M鉸，對有可能剪切破壞的連梁同時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(轉換層以上兩層)中剪力較大的墻增設V鉸。程序模擬剪力墻非線性本構關系的模型，本質上就是等效為薄壁柱。
　　Midas 根據計算模型中的各構件截面、材料特性和配筋情況，計算出各構件的上述非線形本構關系，材料參數均按GB 50010-2002采用。本次計算采用了FEMA273 提供的塑性鉸本構關系，
　　結構的模型分析中揭示第一和第二振型均為分別沿X 軸平動和Y 軸平動。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，對結構分別進行了X 方向和Y 方向的靜力彈塑性分析。計算采用剛性樓板假定，材料強度采用標準值，配筋數據來自小震計算結果及規范要求，即彈塑性模型的配筋參數與實際配筋已較接近，其分析結構是接近真實的。加載順序與水平荷載豎向分布模式，分兩步進行加載，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。
　　各個水準地震水平作用下抗震性能評價采用能力譜法，Midas 根據我國抗震規范提供的加速度譜(彈性譜)，使用ATC-40 中的能量等效方法計算等效阻尼比，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。能力譜方法分析結果圖中，其中4 條紅線對應阻尼比為5%、10%、15%和20%的罕遇地震彈性需求譜，綠線代表進行了折減后的真實彈塑性需求譜。黃線Pushover 計算得到的結構能力譜,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。
　　4. 罕遇地震下靜力彈塑性分析結果由圖可以看到：結構在罕遇地震作用下，X 方向、Y 方向性能點的頂點位移分別為0.546m和0.502m，分別為建筑物高度的1/276 和1/302。結構兩個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構整體性能點處于“小震不壞”和“大震不倒”之間,離“大震不倒”仍有相當一段距離，主體結構仍處于強度上升階段，有一定的安全儲備。此時X 方向的最大層間位移角出現在第23 層，為1/184;Y 向最大層間位移角出現在第28 層，為1/232。以上數據表明兩個方向的分析所得最大彈塑性層間位移角均小于規范規定的1/100 的彈塑性層間位移角限值。結構整體設計能做到“小震不壞，大震不倒”。
　　5.罕遇地震下關鍵構件的補充驗算
　　以轉換柱及轉換梁為例，對關鍵構件進行補充驗算。
　　框支柱截面1100×1600，型鋼截面為1100×500×20×20+700×500×20×20，混凝土強度取標準值為38.5 (N/mm2)，主筋強度取標準值為400 (N/mm2)，箍筋強度取標準值為325(N/mm2)，型鋼強度取標準值為325(N/mm2)。
　　該構件罕遇地震作用下的內力(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PKPM構件計算程序GJ結果可知，在該內力組合下，該框支柱的箍筋及縱筋小于構件最大配筋率，因而認為，該框支柱在罕遇地震作用下不屈服。
　　轉換梁截面1600×2700，型鋼截面為500×2300×30×30，混凝土強度取標準值為29.6(N/mm2)，主筋強度取標準值為400 (N/mm2)，箍筋強度取標準值為400(N/mm2)，型鋼強度取標準值為325(N/mm2)
　　轉換梁罕遇地震作用下構件內力：

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《型鋼混凝土組合結構技術規程》(JGJ 138-2001)5.1.2條公式(5.1.2-1)計算(梁按構造配筋)，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《型鋼混凝土組合結構技術規程》(JGJ 138-2001)5.1.2條公式(5.1.5-1)計算(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 .結語
　　本文以一超限高層建筑為例，對結構進行罕遇地震下的抗震性能分析，并對分析中揭示出來的薄弱層和相關關鍵部位構件進行驗算，分析結果表明：結構基本可以滿足罕遇地震作用下對承載力、位移效應的控制目標，滿足規范的對大震不倒的指標要求，達到預定的抗震設防性能目標。
　　參考文獻
　　[1] 中華人民共和國國家標準.建筑抗震設計規范(GB50011—2010) [M].中國建筑工業出版社,2010
　　[2] 中華人民共和國行業標準.高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)[M].北京:中國建筑工業出版社,2010
　　[3] ASCE /SEC 41246 　Seismic rehabilitation of existing buildings [ S ]. Reston: American Society of Civil Engineers, 2007.