某超限框架-剪力墻結構中的框架柱在罕遇地震作用下的壓彎性能評價

孫 政 （中鐵城市規劃設計研究院有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 分析方法與分析軟件

分析方法為動力彈塑性時程分析法。在軟件中輸入地震波數據，通過逐步積分，求得在地面運動加速度的每一時刻結構的彈塑性反應，得到結構的內力和變形在地震作用下隨時間變化的全過程。該方法可以完整的考慮到地震反應過程中地震波的幅值、頻譜特性和持時三要素的影響，也完整的考慮了結構的動力特性。

分析軟件采用了Computer and Structures,Inc的三維非線性結構分析軟件PERFORM-3D。該軟件具有完善的模型庫，穩定可靠的算法。特別是PERFORM-3D還體現了基于性能的抗震設計的思想(Performance Based Seismic Design)，其結果可以用來判斷結構是否能實現預設的抗震性能目標。

2 柱的非線性力學行為的模擬

采用彈性桿+轉角型塑性鉸模型，柱端形成塑性鉸的準則是在三維空間中代表柱端軸力和雙向彎矩的點(P,M1,M2)位于柱端PMM屈服面上，如圖1所示。

圖1 柱端塑性鉸的構成

3 周期及振型

該結構按7度設防，場地土類別為Ⅳ類，設計地震分組為第一組，特征周期為0.9s。前三階振型如圖2所示，周期分別為：3.02（X 向）、2.71（Y 向）、2.11（扭轉）。

圖2 PERFORM-3D前三階振型

4 大震時程分析

從結構的水平主軸方向輸入變形較大的上海波-shx4波，水平方向地震波輸入方向于結構坐標系一致。按7度罕遇烈度輸入單向地震波，水平方向峰值加速度為220gal，基底剪力圖見圖3。按圖3所示，SHX4波大震下x和y向最大基底剪力分別為1.24e+5kN和7.89E+4kN，而小震基地剪力為2.81E+4kN和2.04E+4kN，x向基地剪力大震與小震比值為4.4，Y向基地剪力大震與小震比值為3.86.

如圖4所示，以兩座塔樓頂部質心為參考點（頂部的最大位移分別為509mm和426mm），SHX4波大震下x和y向最大加速度分別為492gal和318gal，發生在5.3s和5.6s。而SHX4大震下x和y向結構最大層位移分別為539mm和414mm（圖略）；x和y向結構最大層間位移角分別為1/172和1/223,發生在第25層和第24層（圖略）。

圖3 Shx4波基底剪力（kN）

圖4 Shx4波頂層加速度時程（gal）

5 大震下框架柱壓彎性能評價

在SHX4地震波作用下的，典型柱子C1000×1000、C1000×1300 及 H300×1200×40×40（剪力墻中型鋼柱）的承載力情況分別見圖5。從圖中可知柱子在地震波作用下沒有出現PMM鉸，均處于彈性狀態，剪力墻中的型鋼柱也處于彈性狀態。

圖5 三根典型柱子承載力