某超限高层基于midas building静力弹塑性研究

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1、某超限高层基于midasBuilding静力弹塑性研究　　摘要：本文基于midasbuilding有限元分析设计软件，对一个超限高层进行的静力弹塑性分析，以满足规范对大震不倒的性能计算要求，可供相关工程参考。关键词：超限高层，midasBuilding，静力弹塑性中图分类号：P421.35文献标识码：A文章编号：1项目基本概况本项目位于厦门市，设3层地下室，地下3层4.6m、2层4.6m，1层4.0m，地下一、二层为停车库、地下三层为水泵房、消防水池、平时停车库（战时六级人防地下室）；地上38层，地上一层为商务办公、设备机房等，2~4层为商务办公，13、28层为避难层，35、

2、36层为会议中心及展览厅，其余层为商务办公。1层6.9m，13层5.5m，28层6.0m，38层4.8m，其余标准层均为4.0m。塔楼室外地面至屋面的结构总高度为158m，顶部另有1层水箱间及直升机停机坪，其顶部标高约167m，效果图见图1.1。主楼采用钢-混凝土混合结构体系，构件布置如下表：2主要抗震参数、超限情况和性能目标2.1相关参数62.2除高度超限外，其它见下表2.3主楼抗震性能目标3大震下静力弹塑性（Pushover）分析3.1概要根据《抗规》和《高规》[1,2]的要求，须进行push-over分析，分析结构破损过程和变形能力，验证大震下的结构安全性能。静力弹塑性

3、分析即Pushover分析，是一种考虑材料非线性来对建筑物的抗震性能进行评价的方法。作为评价结构变形性能的一个方法，Pushover分析可产生图3.1所示的荷载-变形反应谱和模型计算需求谱，两条曲线的交点（性能点）若处于目标性能范围内，即可判断为达到了所设定的目标。结构丧失稳定以致倒塌是由于重力作用在有过大侧向变形后结构的几何状态所引起的。这种效应被广泛称作“P-∆”效应。因此，达到防倒塌设计目标的中心思想是限制结构性能点处的最大层间位移角在规定的限值以内。3.2弹塑性分析单元6使用2D-梁单元、3D-梁-柱单元、非线性墙单元(纤维模型)，各单元的特点及图示参见文

4、献[3]。3.3加载顺序与水平作用力分布竖向与水平荷载分两步施加于结构上，如下所述：第一步：施加重力荷载，荷载取值为重力荷载代表值；荷载分步（一般5-10步）施加，收敛性好。第二步：维持第一步所施加荷载不变。水平作用力采用振型分布方式，从零开始逐步增加，每次增加一个小的增量。随着非线性静力分析的进行，监视屋顶在水平作用力方向的水平位移。当屋顶水平位移超过预见的水平水移值时（约1/100的结构高度，取1.6m），pushover分析结束。3.4性能反应谱和设计反应谱由于Pushover分析中会生成荷载－变形的关系，而反应谱所体现的是加速度－周期的关系，因此为了比较这两者的关系，

5、均转换为按加速度－变形反应谱。二者换算关系见文献[3]。性能反应谱和设计反应谱相交的点即为性能控制点。midas计算性能点方法有两种，分别为Procedure-A和B[4]。3.5分析模型与计算假定采用midas6Building建立了弹塑性分析模型。为简化模型，节省计算时间，模型中采用了刚性楼板假定。由于本工程尚处于初设阶段，尚无构件实际配筋，因此采用Midas软件按规范设计的计算配筋结果。构件塑性铰均选用软件内置的FEMA铰。塑性铰分布位置：框架梁两端设置M-M弯曲铰，框架柱两端设置P-M-M轴力-弯曲相关铰，剪力墙中部均采用纤维模型。选择位移控制法，等步长控制，步骤50

6、和迭代次数30。3.6Pushover分析结果采用Procedure-A方法确定的性能点（pp表示），具体结果见下图3.2所示：图3.2x、y向能力谱与需求谱由图可知，1.6m控制位移下，结构在x向和y向荷载作用下仍处在承载能力的上升区段，均属于能力强化阶段，抗震能力较强。能力曲线在x向和y向均能与需求曲线相交，得到性能点。图3.3x、y向各层pp处层间位移角由图3.2~图3.3，结构在性能点处的指标见表3.1：表3.1由上表可知，满足规范规定的“弹塑性层间位移比小于1/100”的大震性能要求。图3.4所示为x向第1、14步梁柱构件塑性铰情况，图3.5所示为结构在X向第一振型

7、的pushover中性能点处及步骤48步框架梁柱塑性铰的发展分布，其中x向在第28步，y向为第24步。y向框架梁柱塑性铰的发展分布跟x向相似。6图3.4x向1st和第14步框架出铰情况及27层平面显示图3.5x向第28(pp点)和第48步框架出铰情况及27层平面显示可见混凝土筒体之间的梁构件及部分连梁屈服且铰分布层数增加，随着荷载的逐渐增加，混凝土筒体之间的梁构件梁几乎全部进入塑性，部分框架梁也慢慢进入塑性。直至能力曲线与需求曲线相交，柱均未进入塑性。在48步有部分柱进入塑性。图3.6y向墙混凝土应力（