基于Pushover方法對某L形鋼混結構抗震影響因素分析

宗琪 柴智

摘 要：談到抗震，我們通常想到結構設計所遵循的三個原則，“小震不壞、中震可修、大震不倒”。對于小震和中震來講，通常只需考慮結構彈性變形范圍內的變化。而對于罕遇地震，我們也要考慮彈塑性范圍內結構的抗震性能，這也是我們通常結構設計中面臨的難點。文章主要采用了某個L形鋼混結構實例，用Midas/gen軟件進行分析，通過Pushover分析方法來探究柱截面、梁截面、結構高度等因素對于結構的彈塑性抗震性能的影響。

關鍵詞：Pushover；性能點；塑性鉸

1 工程概況

該工程是位于山東的某辦公樓，共六層，結構高度21.6m。是一不規則L形鋼混結構。柱截面為500mm*500mm，梁截面為250mm*650mm，混凝土等級C30。設計地震分組為兩組，地震設防烈度為7（0.1g）度，場地類別為II類，框架抗震等級為三級。

本次分析采用Midas/gen[1]2014版本，結構模型如圖1所示。

圖1

2 罕遇地震下抗震影響因素分析

在結構抗震方面，常考慮“強柱弱梁”，通過梁的塑形變形來吸收地震能量，給人們充分的預警。因此，文章將會通過改變梁柱的截面尺寸和結構高度[2]，分別研究該L形框架結構在大震下的彈塑性抗震性能，進行對比分析。

模型1為原結構模型，模型2柱截面長寬均增加50mm為550mm，模型3柱截面長寬均減小50mm為450mm，模型4梁截面高度增加50mm為700mm，模型5梁截面高度減小50mm為600mm，模型6結構增加4層，結構高度為36m。

2.1 性能點對比分析

需求譜曲線是將標準的加速度反應譜（Sa-T 譜）轉換為ADRS格式。定義 7度（0.10g）罕遇地震下的需求譜。Midas/gen可以建立結構 5%阻尼設計反應譜并轉換成ADRS 格式，并將能力譜與Sa-Sd反應譜繪制在一起，兩譜的交點即為性能點。6個結構模型罕遇地震性能點（Sa，Sd）數據均能找到，如表1所示。

通過對比，隨著梁的截面增加，性能點位移減小，明顯減小了的性能點的位移，說明增大梁的截面不僅增強結構的在彈性變形的剛度，對于罕遇地震下的彈塑性變形，也起到不小的作用。再看模型2和3，對比1得，隨著柱子截面高度增加，底部剪力越大，但是性能點位移差距不大，說明改變柱子截面不如梁截面對性能點最大位移影響明顯。

同時，我們發現譜的加速度越大，等效周期越短。譜的位移與等效位移，沒有明顯的對應關系。

2.2 結構的屈服機制分析

本次模擬選擇Y方向推覆，來分析一下此L形框架結構的屈服機制，6個結構模型在罕遇地震性能點處的塑性鉸發展情況進行對比，以分析罕遇地震下抗震性能的影響，如圖2所示。

圖2 各個模型性能點處塑性較發展情況

對比可知，前三個模型的塑性鉸有大量鉸進入“B階段”，分別占有比例10.8%、8.8%、10.9%。說明在罕遇地震作用下，對于此框架結構，改變柱子截面尺寸，一定程度會對塑形鉸的發展有影響，即截面增大塑性較發展慢、截面減小塑性較發展較快，但是變化影響不顯著。但是梁截面增加或減小與柱子變化相反，分別為14.5%和8.6%，相對柱子變化明顯。

把結構模型在性能點處的塑性鉸發展情況進行對比可知，與模型1相比，模型6的塑性鉸有16.4%大量鉸進入“B階段”。說明在罕遇地震作用下，對于L形框架結構，增加建筑高度，增加塑形鉸的發展最明顯。

3 結束語

通過此L形框架結構，用pushover分析方法，研究了柱子截面、梁截面以及結構高度對pushover分析結果的影響，得到以下結論。

（1）增大柱子截面、減小梁截面、增加結構高度，會增加性能點位移，不利于結構的彈塑性抗震位移。

（2）柱截面增加，塑性鉸發展變慢；梁截面增加，塑性鉸發展加速，不利于抗震塑性較的發展。增加結構高度，對于整體的塑性鉸開展，會起到明顯增加的作用，降低結構的彈塑性抗震性能。

參考文獻

[1]蔣玉川，傅旭彬，閻慧群，等.MIDAS在結構計算中的應用[M].北京：化學工業出版社，2012.

[2]唐劍維.鋼筋混凝土框架結構Pushover分析[D].青島：青島理工大學，2014.

作者簡介：宗琪（1991-），男，漢族，山東濱州人，碩士研究生在讀，主要從事建筑結構方向研究工作。