某超高层办公楼结构的动力弹塑性分析

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1、某超高层办公楼结构的动力弹塑性分析卓越置业集团有限公司广东深圳518000摘要：复杂的超高超限高层建筑结构需要进行弹塑性分析及计算来验证其是否满足抗震设防要求。木文以长乐某超高层办公楼结构为背景，对其进行弹塑性时程分析，研究该结构在地震作用下的抗震性能。采用ABAQUS建立三维弹塑性分析模型和进行了动力时程分析。对结构的整体反应和构件损伤情况进行了分析和评估，用详细的量化指标验证了该结构能够在罕遇地震水平下实现“大震不倒”。关键词：超限高层：动力弹塑性分析：罕遇地震：抗震性能0前言木工程总建筑面积8.6万平米，主楼为37层，地下室2层。结构体系为框架-核心筒结构，结构总高149米

2、，为B级高度，主楼平面尺

3、*为27.4米X48.2米，整体的高宽比5.49,长宽比为1.76。建筑方案要求底部3层局部通高，造成2及3层有大面积的楼板缺失，同时存在位移比超限等问题，别外结构底部3层80%柱为双向无梁拉结的13.8m高跨层柱。由于木工程比较复杂，为了检验结构在罕遇地震作用下是否满足“大震不倒”的抗震设计要求，有必要对其进行动力弹塑性分析，验算弹塑性层间变形，判断主要抗侧力结构的屈服顺序和损伤程度,根据构件破坏顺序研究结构的屈服机制，对结构的整体抗震性能做出综合评估。木工程罕遇地震作用下弹塑性时程分析软件采用大型有限元ABAQUS6.10。该软件是一套功能强大的基

4、于有限元方法的工程模拟软件。它可以解决从相对简单的线型分析到极富挑战的非线性模拟等各种问题。•备十分丰富的单元库，可以模拟任意实际形状，可以模拟多数典型工程材料的性能，括金属、聚合物、复合材料、钢筋混凝土等。同时，可嵌入用户开发的单元模型、材料模型等已满足用户需求。1模型建立与参数确定1.1整体模型根据初步设计方案建立三维整体结构模型，对主要抗侧力构件（剪力墙和连梁、框架梁柱）按照实际情况进行模拟。假定结构在地下室顶板嵌固，采用瑞利阻尼，阻尼比取5%。1.2构件模型本工程中钢筋混凝土梁、柱，以及型钢混凝土柱均采用纤维模型；剪力墙、连梁采用ABAQUS提供的空间壳元来模拟，在壳元中

5、可以通过RebarLayer模拟钢筋的作用。1.3材料本构关系本工程混凝土模型采用弹塑性损伤模型模拟混凝土非线性行为，该模型是由Lee,j.和Lubliner,1等提出，其描述混凝土的破坏形式为拉裂和压碎，混凝土单轴拉压曲线如图3.1.1所示，混凝土材料的轴心抗压和轴心抗拉本构数学模型采用《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）附录3所提供。其中，混凝土弹塑性损伤模型的空间受力非线性损伤累积行为采用模型等效塑性应变进行描述。钢筋模型采用双线性动力硬化模型。所奋构件按规范要求及设计经验进行配筋。1.4输入地震波按照抗震规范要求，罕遇地震弹塑性吋程分析所选用的单条地震波需要

6、满足以下特性.•特征周期与场地特征周期接近;最人峰值分别取值（7度为220gal）;持续吋间为结构的第一周期的5〜10倍；吋程波对应的加速度反应谱在结构各周期点上与规范反应谱比较不超过20%。本工程选取地震波采用了安评提供的天然波TCL02（天然波2）及人工波RCL02（人工波），以及选自PEER的NGAno307H-PRK天然波（天然波1）,其加速度吋程如图1〜3所示。与规范反应谱对比如图4所示。地震波的加速度峰值根据规范要求和安评结果，取保守值220gal。人工波的加速度峰值主要集中在前20秒，在持时30秒吋，艽峰值已经出现了明显的衰减，因此人工的地震输入加速度持吋取30秒。

7、天然波的加速度峰值主要集中在前15秒，在持吋20秒时，其峰值已经出现了明显的衰减，因此人工的地震输入加速度持时取20秒。2模态分析结果在进行弹塑性吋程分析前首先对基于ABAQUS的模型进行了模态分析,其分析结果和SATWE及MIDAS结果对比见表1所示，振型见图5所示。从以上结果可以看出模态分析结果和SATWE结果及MIDAS结果吻合较好，初步对比分析验证了ABAQUS模型的正确性。3弹塑性吋程分析结果大震下（罕遇地震）进行静力弹塑性分析，主要是为了判断“大震不倒”的设防要求能否满足，发现结构应力和塑性应变集中的部位，判断结构的屈服机制和破坏类型，找到薄弱层并验算弹塑性变形。因此

8、人震下弹塑性吋程分析应该给出两个层次的主要结果：（1）整体反应指标，包括基底剪力和倾覆力矩，顶点位移和层间位移角的吋程和最大值；（2）构件损伤的情况，包括构件是否屈服、其性质是弯曲破坏还是剪切破坏、构件损伤的程度、屈服的顺序和分布情况等。前者可以帮助我们判断结果是否可信，判断薄弱层和结构进入弹塑性状态的程度；后者则可以提供具体的改进设计的依据。三条地震波中，人工波的地震反应最大，以下分析仅针对人工波展开讨论。3.1整体反应结果结构在完成30秒动力弹塑性吋程分析之后，X向输入吋最大