關于靜力彈塑性分析的探討

陳 敏

(貴陽建筑勘察設計有限公司，貴州 貴陽 550081)

關于靜力彈塑性分析的探討

陳 敏

(貴陽建筑勘察設計有限公司，貴州 貴陽 550081)

針對規范提出的對應于各地震烈度水準相應的抗震設防目標，系統分析了結構遭遇不同水準烈度時地震動參數的變化規律，并結合具體實例，基于靜力彈塑性分析，采取了相應的構造加強措施，以保證結構具有較好的承載能力和變形能力。

抗震，性能設計，靜力，彈塑性分析

該項目總建筑面積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。場地設置有半地下室、地下室各1層，地下室、半地下室為停車庫及設備用房。根據建筑使用功能要求，均采用鋼筋混凝土框支剪力墻結構，各棟塔樓之間，地面以上均設置防震縫，避免形成復雜高層建筑結構中的多塔樓結構，但地下室不設置防震縫和伸縮縫。裙房采用鋼筋混凝土框架結構。結構重要性系數取1.0；取地下室頂板為嵌固端。水平位移分析計算時，基本風壓取0.65 kN/m2；承載能力極限狀態分析計算時，基本風壓取0.50 kN/m2。考慮P—Δ效應。考慮施工過程中軸向變形影響。全樓地震作用放大系數1.0。分別考慮兩個主軸方向單向水平地震作用平扭耦連的扭轉效應和雙向水平地震作用的扭轉效應；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程分析法補充計算，根據《高規》第3.3.4條特別不規則的高層建筑應采用時程分析法進行多遇地震作用下的補充計算。彈性時程分析按特征周期選用兩組實際地震記錄TH1TG035，TH2TG035，選用兩組場地50年超越概率為63.2%的人工模擬加速度時程曲線USER1，USER2(西北區為USER3，USER4)。人工模擬加速度時程曲線的時距取為0.02 s，地震波持續時間不少于12 s、且不少于5倍結構基本自振周期，地震加速度不小于35 cm/s2。多遇地震作用彈性時程分析表見表1。

表1 多遇地震作用彈性時程分析表

偶遇地震(中震)作用分析,調整地震影響系數最大值αmax按中震(2.8倍小震)取值；不考慮地震組合內力調整系數(即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數)；不考慮風荷載計算；連梁剛度折減系數取0.5,構件的承載力計算時材料強度采用設計值；荷載作用分項系數、材料分項系數和抗震承載力調整系數γRE的取值均同小震；其他計算假定均同小震計算分析。

中震不屈服分析,調整地震影響系數最大值αmax按中震(2.8倍小震)取值；不考慮地震組合內力調整系數(即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數)；不考慮風荷載計算；連梁剛度折減系數取0.5；構件的承載力計算時材料強度采用標準值；荷載作用分項系數、材料分項系數和抗震承載力調整系數γRE均取1.0；其他參數取值及計算假定均同小震計算分析。偶遇地震作用下的參數表見表2。

表2 偶遇地震作用下的參數表

罕遇地震(大震)作用分析,彈塑性靜力推覆分析(Push-Over)根據現行設計規范要求，在罕遇地震作用下，應驗算主要抗側力構件的彈塑性變形。運用Midas空間分析軟件進行罕遇地震作用的彈塑性靜力推覆分析(Push-Over Analysis，簡稱POA)。采用美國FEMA-273和ATC-40所建議的方法給出構件彈塑性骨架曲線，評價結構在罕遇地震作用下的彈塑性狀態。在框架梁端設置彎矩鉸(M鉸)，在墻、柱端部設置軸力彎矩鉸(PMM鉸)和剪力鉸(V鉸)。考慮結構承受初始豎向荷載(1.0gk+0.5qk)和幾何非線性(P—Δ效應)，加載方式采用相當于三角形分布形式振型荷載分布(模態形式)的方式；分析中采用基于目標位移的位移控制法，主節點為頂層的核心筒角點，目標位移值取0.5 m左右。分析考慮了樓板單元，并對開洞的節點釋放了剛膜連接。 主要分析結果見表3。

表3 性能控制點對應的分析參數

根據本工程結構超高的情況，將框支框架抗震等級提高為特一級，底部加強部位、非底部加強部位剪力墻抗震等級提高為一級。框支框架及剪力墻設計,結合“中震”及“大震”分析結果，對薄弱部位剪力墻及框支框架適當提高配筋率。連梁及拉梁設計根據“小震”和“中震”分析的不利結果，對連梁及拉梁進行配筋設計。拉板、核心筒區域及關鍵連接部位樓板設計根據“中震”作用下的樓板應力分析結果，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，防止大震下可能發生的拉斷和剪切脆性破壞。

“小震”和風荷載作用下的分析結論,采用Satwe,Etabs兩個三維空間分析軟件進行計算分析,各分析軟件的分析結果相近，未出現相互矛盾和異常情況；周期比、扭轉位移比、彈性最大層間水平位移角、樓層側向剛度比、最小樓層抗剪承載力比、振型質量參與系數、剪力墻軸壓比、框架(支)柱軸壓比、剪重比、剛重比、構件承載力均能滿足規范規定限值的要求；根據《安評報告》提供的地震波進行了多遇地震(小震)作用下的彈性時程分析補充驗算，結果滿足規范規定的要求。

綜上所述，說明結構布置、構件截面尺寸選擇合理、有效，能夠滿足“小震不壞”的設防目標。

“中震”作用下的分析結論,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要求；結構主要抗側力構件滿足不屈服要求并處于彈性狀態；轉換梁彈性，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“強剪弱彎”的抗震設計延性耗能概念；重要 樓板通過加大樓板厚度及適當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。綜上結構體系可滿足“中震可修”的設防目標。

“大震”作用下的分析結論,結構薄弱層層間彈塑性位移角滿足規范限值要求；靜力彈塑性分析能夠求得性能控制點，對結構局部出現塑性鉸的重要豎向構件，通過適當的構造加強措施來保證結構具有較好的承載能力和變形能力；地結構體系可滿足“大震不倒”的設防目標。

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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