第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 长沙远大天空城市罕遇地震下动力弹塑性分析 陈才华徐自国肖从真任重翠 （中国建筑科学研究院，北京100013） 提要长沙远大天空城市主楼高度838m（结构高度727.2m），采用密柱深梁框架构成的束筒结构体系，主体结构采 用纯钢结构.
为了研究结构在罕遇地震作用下的变形形态、构件塑性及损伤情况以及整体结构的弹塑性行为，寻找结构 的薄弱层或薄弱部位，从而对其抗震性能进行评价，采用ABAQUS软件对主楼结构进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性 时程分析.
分析结果表明，罕遇地震下结构层间位移角满足要求：主要构件基本保持弹性工作状态，满足预定的抗震性 能目标要求：整体结构基本处于弹性状态，满足规范的要求，表现出良好的抗震性能.
关键词超高层结构钢结构束筒体系动力弹塑性分析抗震性能 1工程概况 天空城市位于长沙市望城县滨水新城大泽湖片区，其主楼 地上202层，建筑高度838米，建筑面积约91.5万㎡，设置6 层地下室，面积约9.6万m”，是集办公、公寓、酒店、商业各种 功能于一体的超高层公共建筑，总使用人数约为3万人.
主楼平面为十字形，随着竖向分段四个翼分别往内收进，在平 面收进部位，为了减小刚度突变，采用了螺旋收进过渡的方案.
沿竖向分为七个区段：第一区段为1层～46层，第二区段为47层～ 74层（第一次竖向收进），第三区段为75层～108层，第四区段为 109层~120层（第二次竖向收进，）第五区段为121层~170层， 第六区段为171层~182层（第三次竖向收进），第七区段为183 层~202层.
主要功能分别为：首层主要为各功能出入口，如酒店、 公寓、办公、观光等：2层～5层主要为托儿所、保健院、敬老院、 培训学校：6层~13层为写字楼：16层~41层为小公寓：43层~ 55层为中公寓：57层~111层为大公寓：114层~166层为豪华公 寓：169层~199层为酒店：200层~202层为机房.
天空城市建筑效果图见图1.
图1天空城市 陈才华.
男，1982年9月出生，工学硕土，工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 2 结构体系 主楼采用密柱深梁框架构成的束简结构体系，各筒体壁相互连接，形成一个多格简体.
在水平荷载作 用下，简体的腹板加强了，剪力滞后效应大大减少，各柱受力更均匀.
相比单框简结构而言，该结构体系 的抗剪切和抗扭转能力更强.
简体在两个方向平面布置基本对称，包括中心三个筒体（一个大筒体和两个小筒体）和四周若干小 简体.
大简体平面尺寸为15.6mx31.2m，小简体为15.6mx15.6m，筒体的钢柱间距均为3.9m.
大简体短 边布置5根钢柱，长边布置9根钢柱，小筒体每边布置5根钢柱.
与建筑收进一致，翼部小筒体沿高度分成七个区段，第一区段从1层到46层，四周小简体有28 个，沿中心两个大简体对称布置：第二区段从47层到74层，翼部每4层收进两个筒体，角部四个简体 每四层收进一个简体：第三区段从75层到108层，翼部小简体减少至16个，沿中心三个简体对称布置： 第四区段从109层到120层，翼部每4层收进两个筒体：第五区段从121层到170层，翼部小简体减少 至8个，沿中心三个筒体对称布置，其中在167层中心左侧大简体局部设置转换桁架，从168层起，中 心简体由3个变为4个：第六区段从171层到182层，翼部每4层收进两个筒体：第七区段从183层到 202层，仅有中心四个小筒体.
各楼层收进及筒体分布见图2.
1层~46层 47层~50层 51层~54层 55层~57层 58层~62层 63层~66层 67层~70层 71层~74层 75层~108层 109层~112层 113层~116层 117层~120层
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 121层~168层 169层~170层 171层~174层 175层~178层 179层～182层 183 层~202层 图2各楼层筒体布置图 单个密柱深梁筒体结构如下图所示.
简体角部采用方钢管，截面尺寸为1200mmX1200mm，钢管 壁厚随高度变化：其余柱采用H型钢，截面高度1200mm，宽度600mm，钢板厚随高度变化：简体裙 梁采用H型钢，梁高1200mm：楼面采用双向桁架结构，跨度15.6mX15.6m.
楼盖体系采用预制整体 装配式，并设有一定厚度的现浇层.
除楼盖外的梁柱材料均采用Q420.
双主梁 简体裙梁 单主果 锅柱 次梁 图3单个简体结构示意图 在结构收进退台位置的相邻楼层，采用了设置斜撑和加强关键构件截面等措施.
整体结构轴测图见图4， 计算模型见图5（考虑了上部塔架结构）.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 202F 182F 170F 120F N16F 08F 58F 右 图4轴测图 图5计算模型 3动力弹塑性分析方法 3.1弹塑性分析目的 本工程为超限高层结构.
依照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《高层民用建筑钢结构技术 相关规定，本工程塔楼主体结构高727.2米，《抗规》中规定的6度区束简结构钢结构房屋的最大适用 高度是300m，属于高度超限.
在建筑物高度上，本项目超限142%.
另外，局部楼层还存在尺寸突变 （最大缩进50%）.通过弹塑性分析，拟达到以下目的：
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 1）对结构在设计大震作用下的非线性性能给出定量解答，研究结构在强烈地震作用下的变形形态、构 件的塑性及其损伤情况，以及整体结构的弹塑性行为，具体的研究指标包括最大顶点位移、最大层间位 移及最大基底剪力等： 2）研究结构关键部位、关键构件的变形形态和破坏情况： 3）论证结构整体在设计大震作用下的抗震性能，寻找结构的薄弱层或（和）薄弱部位： 4）根据以上研究结果，对结构的抗震性能给出评价，并对结构设计提出改进意见和建议.
3.2材料本构模型 本工程中主要有两类基本材料，即混凝土和钢材.
计算中采用的本构模型为： （1）混凝土 采用弹塑性损伤模型，该模型能够考虑混凝土材料拉压强度差异、刚度及强度退化以及拉压循环裂 缝闭合呈现的刚度恢复等性质.
弹塑性损伤本构模型中刚度的降低分别由受拉损伤因子d和受压损伤因子d来表达.
采用Najar 的损伤理论，脆性固体材料的损伤定义如下： w. W.= 1 c:E:c 式中：W.
、W.为无损材料及损伤材料的应变能密度： E、E为无损材料及损伤材料的四阶弹性系数张量： 6为相应的二阶应变张量.
混凝土材料轴心抗压和轴心抗拉强度标准值及其单轴应力应变关系按《混凝土结构设计规范》采用， 混凝土本构关系曲线及损伤示意见图6.
混凝土刚度恢复示意图见图7，当荷载从受拉变为受压时，混 凝土材料的裂缝闭合，抗压刚度恢复至原有的抗压刚度：当荷载从受压变为受拉时，混凝土材料的抗 拉刚度不恢复.
c SDA为混炭土受压析伤后的抗压强度 SDMA =(1-d)E 润起土受压模伤后的抗压度 SD%为混凝土受拉指伤后的抗拉强度 SW -(1-dt)E 混载土受拉损伤后的抗拉刚度 SEV SIN; X14s)s (1-4 )6 图6混凝土受拉及受压应力-应变曲线及损伤示意图
