關(guān)于靜力彈塑性分析的探討

陳 敏

(貴陽建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 貴陽 550081)

關(guān)于靜力彈塑性分析的探討

陳 敏

(貴陽建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 貴陽 550081)

針對(duì)規(guī)范提出的對(duì)應(yīng)于各地震烈度水準(zhǔn)相應(yīng)的抗震設(shè)防目標(biāo)，系統(tǒng)分析了結(jié)構(gòu)遭遇不同水準(zhǔn)烈度時(shí)地震動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律，并結(jié)合具體實(shí)例，基于靜力彈塑性分析，采取了相應(yīng)的構(gòu)造加強(qiáng)措施，以保證結(jié)構(gòu)具有較好的承載能力和變形能力。

抗震，性能設(shè)計(jì)，靜力，彈塑性分析

該項(xiàng)目總建筑面積35 000 m2。有2棟10層～33層的住宅樓，局部住宅樓帶有1層～2層的商業(yè)。場(chǎng)地設(shè)置有半地下室、地下室各1層，地下室、半地下室為停車庫(kù)及設(shè)備用房。根據(jù)建筑使用功能要求，均采用鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，各棟塔樓之間，地面以上均設(shè)置防震縫，避免形成復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)中的多塔樓結(jié)構(gòu)，但地下室不設(shè)置防震縫和伸縮縫。裙房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0；取地下室頂板為嵌固端。水平位移分析計(jì)算時(shí)，基本風(fēng)壓取0.65 kN/m2；承載能力極限狀態(tài)分析計(jì)算時(shí)，基本風(fēng)壓取0.50 kN/m2。考慮P—Δ效應(yīng)?？紤]施工過程中軸向變形影響。全樓地震作用放大系數(shù)1.0。分別考慮兩個(gè)主軸方向單向水平地震作用平扭耦連的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和雙向水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；單向水平地震作用考慮偶然偏心的影響。

多遇地震作用彈性時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算，根據(jù)《高規(guī)》第3.3.4條特別不規(guī)則的高層建筑應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震作用下的補(bǔ)充計(jì)算。彈性時(shí)程分析按特征周期選用兩組實(shí)際地震記錄TH1TG035，TH2TG035，選用兩組場(chǎng)地50年超越概率為63.2%的人工模擬加速度時(shí)程曲線USER1，USER2(西北區(qū)為USER3，USER4)。人工模擬加速度時(shí)程曲線的時(shí)距取為0.02 s，地震波持續(xù)時(shí)間不少于12 s、且不少于5倍結(jié)構(gòu)基本自振周期，地震加速度不小于35 cm/s2。多遇地震作用彈性時(shí)程分析表見表1。

表1 多遇地震作用彈性時(shí)程分析表

偶遇地震(中震)作用分析,調(diào)整地震影響系數(shù)最大值αmax按中震(2.8倍小震)取值；不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)(即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整系數(shù))；不考慮風(fēng)荷載計(jì)算；連梁剛度折減系數(shù)取0.5,構(gòu)件的承載力計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)值；荷載作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)γRE的取值均同小震；其他計(jì)算假定均同小震計(jì)算分析。

中震不屈服分析,調(diào)整地震影響系數(shù)最大值αmax按中震(2.8倍小震)取值；不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)(即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整系數(shù))；不考慮風(fēng)荷載計(jì)算；連梁剛度折減系數(shù)取0.5；構(gòu)件的承載力計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值；荷載作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)γRE均取1.0；其他參數(shù)取值及計(jì)算假定均同小震計(jì)算分析。偶遇地震作用下的參數(shù)表見表2。

表2 偶遇地震作用下的參數(shù)表

罕遇地震(大震)作用分析,彈塑性靜力推覆分析(Push-Over)根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在罕遇地震作用下，應(yīng)驗(yàn)算主要抗側(cè)力構(gòu)件的彈塑性變形。運(yùn)用Midas空間分析軟件進(jìn)行罕遇地震作用的彈塑性靜力推覆分析(Push-Over Analysis，簡(jiǎn)稱POA)。采用美國(guó)FEMA-273和ATC-40所建議的方法給出構(gòu)件彈塑性骨架曲線，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的彈塑性狀態(tài)。在框架梁端設(shè)置彎矩鉸(M鉸)，在墻、柱端部設(shè)置軸力彎矩鉸(PMM鉸)和剪力鉸(V鉸)。考慮結(jié)構(gòu)承受初始豎向荷載(1.0gk+0.5qk)和幾何非線性(P—Δ效應(yīng))，加載方式采用相當(dāng)于三角形分布形式振型荷載分布(模態(tài)形式)的方式；分析中采用基于目標(biāo)位移的位移控制法，主節(jié)點(diǎn)為頂層的核心筒角點(diǎn)，目標(biāo)位移值取0.5 m左右。分析考慮了樓板單元，并對(duì)開洞的節(jié)點(diǎn)釋放了剛膜連接。 主要分析結(jié)果見表3。

表3 性能控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分析參數(shù)

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)超高的情況，將框支框架抗震等級(jí)提高為特一級(jí)，底部加強(qiáng)部位、非底部加強(qiáng)部位剪力墻抗震等級(jí)提高為一級(jí)。框支框架及剪力墻設(shè)計(jì),結(jié)合“中震”及“大震”分析結(jié)果，對(duì)薄弱部位剪力墻及框支框架適當(dāng)提高配筋率。連梁及拉梁設(shè)計(jì)根據(jù)“小震”和“中震”分析的不利結(jié)果，對(duì)連梁及拉梁進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。拉板、核心筒區(qū)域及關(guān)鍵連接部位樓板設(shè)計(jì)根據(jù)“中震”作用下的樓板應(yīng)力分析結(jié)果，選擇合適的樓板厚度，雙層雙向拉通配置鋼筋，以保證樓板在“中震”下有足夠的承載能力，并留有余地，防止大震下可能發(fā)生的拉斷和剪切脆性破壞。

“小震”和風(fēng)荷載作用下的分析結(jié)論,采用Satwe,Etabs兩個(gè)三維空間分析軟件進(jìn)行計(jì)算分析,各分析軟件的分析結(jié)果相近，未出現(xiàn)相互矛盾和異常情況；周期比、扭轉(zhuǎn)位移比、彈性最大層間水平位移角、樓層側(cè)向剛度比、最小樓層抗剪承載力比、振型質(zhì)量參與系數(shù)、剪力墻軸壓比、框架(支)柱軸壓比、剪重比、剛重比、構(gòu)件承載力均能滿足規(guī)范規(guī)定限值的要求；根據(jù)《安評(píng)報(bào)告》提供的地震波進(jìn)行了多遇地震(小震)作用下的彈性時(shí)程分析補(bǔ)充驗(yàn)算，結(jié)果滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

綜上所述，說明結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面尺寸選擇合理、有效，能夠滿足“小震不壞”的設(shè)防目標(biāo)。

“中震”作用下的分析結(jié)論,框支柱、剪力墻的混凝土軸壓比、層間彈性位移角、均能滿足中震下的性能目標(biāo)要求；結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力構(gòu)件滿足不屈服要求并處于彈性狀態(tài)；轉(zhuǎn)換梁彈性，塔樓樓面梁除部分樓層抗彎屈服外，其他樓層梁均抗剪、抗彎不屈服，符合“強(qiáng)剪弱彎”的抗震設(shè)計(jì)延性耗能概念；重要 樓板通過加大樓板厚度及適當(dāng)增大配筋率并采用雙層雙向配筋方式，保證了樓板在各種工況下有足夠的承載能力。綜上結(jié)構(gòu)體系可滿足“中震可修”的設(shè)防目標(biāo)。

“大震”作用下的分析結(jié)論,結(jié)構(gòu)薄弱層層間彈塑性位移角滿足規(guī)范限值要求；靜力彈塑性分析能夠求得性能控制點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)塑性鉸的重要豎向構(gòu)件，通過適當(dāng)?shù)臉?gòu)造加強(qiáng)措施來保證結(jié)構(gòu)具有較好的承載能力和變形能力；地結(jié)構(gòu)體系可滿足“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。

Discussion on the static elastic and plastic analysis

CHEN Min

(GuiyangConstructionSurveyandDesignLimitedCompany,Guiyang550081,China)

According to corresponding seismic fortification goal proposed by standard corresponding to each area earthquake intensity level, systematically analyzed the change regularity of ground motion parameters of structure encountered different level severity, and combining with specific examples, based on static elastic and plastic analysis, took corresponding structure strengthen measures, so as to ensure the structure have good load bearing capacity and deformation ability.

seismic, performance design, static, elastic and plastic analysis

2014-07-15

陳 敏(1981- )，男，助理工程師

1009-6825(2014)27-0037-03

TU313

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