某超高层建筑罕遇地震作用下弹塑性分析

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1、某超高层建筑罕遇地震作用下弹塑性分析王智宁显东陈万庆张学臣广西大学土木建筑工程学院中铁建设集团有限公司南宁分公司摘要：为研究某超高层建筑在罕遇地震作用下的结构反应，利用Perform3D软件对其开展弹塑性时程分析。研究结果表明，在罕遇地震作用下，结构的最大层间位移角满足规范要求;剪力墙基本处于弹性状态，框架梁和连梁为主要耗能构件；结构性能能够达到所设定的性能目标。关键词：超高层建筑;抗震性能;弹塑性时程反应分析;耗能能力;作者简介：王智，工程师，E-ma订:1114050726@qq.com收稿日期：2017-07-28

2、基金：广西自然科学基金项冃(2015GXNSFAA139273)Received：2017-07-28抗震设计通常是超高层建筑结构设计的重点，为评估超高层建筑的抗震性能，通常可采用振动台试验或弹塑性分析方法。振动台试验费用较高，且存在尺寸效应和相似性问题。与振动台试验相比，弹塑性分析方法通过建立结构的数值模型,可开展多种工况下结构的地震响应分析，同时分析结果也能较全面地反映结构的抗震性能。为研究广四某超高层建筑的抗震性能，利用Perform-3D软件建立计算模型，对其开展罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，并对其抗震性能进行

3、评估。1工程概况广西九洲国际大厦位于南宁市琅东新区，地下6层，地上71层，裙楼9层，建筑总为高度301.6m，总建筑面积约21.43万叫钢管混凝土柱框架-钢筋混凝土核心筒结构，II类建筑场地，结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度。主体建筑平面布置如图1所示，整体模型如图2所示。设计地震分组为第一组,设计基木加速度为0.05g。钢管混凝土柱混凝土强度等级C60;核心筒混凝土强度在11层以下为C70,随着楼层数增加逐步调减，顶层混凝土强度降至C30。根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》口1可知，该结构高度

4、和扭转位移比均超过规范限值，需要开展动力弹塑性分析。图1标准层平面布置下载原图2目标性能水准根据美国FEMA356的相关规定，将结构或构件目标性能水准分为4级：(1)正常使用；(2)可立即居住(10);(3)生命安全(LS);(4)建筑物不倒塌(CP)o以FEMA356为参考确定各构件在大震作用下的目标性能水准，如表1所示，表中0p为塑性转角。3建模方法动力弹塑性时程分析采用三维非线性结构分析软件Perform3D。Perform3D可在整体结构、构件及材料等方面定义目标性能水准，通过结构抗震“能力”与抗震目标性能“需求

5、”的比较判断结构是否满足期望实现的抗震要求。整体模型包含剪力墙、连梁、框架梁柱等构件，根据各类构件受力特点，用不同方法定义了弹塑性性质。构件和材料的刚度、强度或屈服弯矩等参数依据GB50010-2010《混凝土结构设计规范》和GB50011-2010《建筑结构抗震设计规范》选取。表1各构件在罕遇地震作用下的目标性能水准下载原表图2整体模型下载原图3.1构件的弹塑性模型1)钢筋混凝土剪力墙常用的剪力墙弹塑性分析模型主要有3种，包括等效柱模型、纤维截面模型和弹塑性壳元。其中，纤维模型采用钢筋混凝土材料的单轴应力-应变关系，并

6、通过塑性纤维的轴向变形过程模拟剪力墙的轴向-弯曲变形特征。该模型不必采用墙集中塑性较的假定和双向弯曲互不耦联的假定，因此建模过程屮采用此模型。2）柱和斜撑Perform-3D提供多种柱、斜撑单元模型，包括FEMA梁柱模型、塑性较模型和纤维模型。在木文的弹塑性分析中，柱和斜撑采用纤维模型模拟，该模型有以下特点：（1）基于平截面假定，可将柱、斜撑的内力变形关系转化为混凝土、钢材和钢筋的应力-应变关系；（2）采用的铁木辛柯梁单元，能够考虑剪切变形的影响；（3）具有较为自由的纤维划分输入方式，既可输入约束和非约束的混凝土纤维，也

7、可输入复杂的组合截面。其中钢管混凝土柱截面的有限单元划分如图3所示。图3钢管混凝土柱有限单元划分下载原图3）梁框架梁和剪力墙连梁用弹性杆与曲率型塑性较相结合的模型模拟，如图4所示。由于框架梁端可能会产生塑性变形，且通常分布在一定长度区域内，因此采用曲率型塑性较较转角型塑性较更为合理。参照文献［8］关于塑性较长度的取值方法，对于一般的梁构件取（0.5~0.7）h,h为截面高度。图4梁的计算模型下载原图4）材料的木构模型采用双线型滞回模型模拟钢筋和钢材，并计入包兴格效应，以考虑滞冋过程中的刚度退化。采用三折线模型模拟混凝土压

8、应力应变关系，相关参数根据《混凝土结构设计规范》附录C确定;对于配有篩筋墙段的混凝土采用LEGERON等回提出的约束混凝土模型，以考虑箍筋对混凝土的加强作用。3・2结构的初始动力特性结构重力荷载代表值按1.0倍恒荷载+0.5倍活荷载的组合方式进行取值，通过动力弹塑性时程分析得到结构的自振周期如表2所示。表2结构自振周