某多層限鋼結(jié)構(gòu)彈塑性分析

李信橋

摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，對某鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)超限分析，該教學(xué)樓結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系嚴(yán)重不規(guī)則，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》采用盈建科（YJK）進(jìn)行靜力彈塑性分析，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠。

關(guān)鍵詞：多層；鋼結(jié)構(gòu)；彈塑性；超限

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.103

1 工程概況

本工程位于上海市青浦區(qū)，規(guī)劃面積內(nèi)擬建一座中小學(xué)，本建筑為其中一座單體建筑，本建筑地上3層，局部二層，屋面為斜屋面，屋面最高點(diǎn)建筑高度為22.65米，地下局部一層，建筑首層功能主要為劇場、多功能廳、社區(qū)商業(yè)；二層為閱覽室、書庫；三層為閱覽室，屋面為局部為非上人屋面，局部為上人種植屋面。根據(jù)《抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》該建筑為乙類，應(yīng)按提高一級采取抗震措施。

2 結(jié)構(gòu)體系

該建筑上部為鋼框架結(jié)構(gòu)，局部大跨部位采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，局部大跨屋蓋采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，部分現(xiàn)澆混凝土屋面板和現(xiàn)澆混凝土樓板。

3 不規(guī)則項(xiàng)

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》建質(zhì)【2015】67號、《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》滬建管【2014】954號以及現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，對本工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)超限檢查，主要存在以下不規(guī)則項(xiàng)：

（1）一般不規(guī)則項(xiàng)：①首層頂舞臺與門廳處沒有樓板連接，開洞面積為100%，樓板局部不連續(xù)。②最大懸挑部位懸挑長度約10m，大于4m， 側(cè)向剛度不規(guī)則。③劇場看臺部位柱只到看臺頂，部分柱到閱覽室頂，未到屋頂，豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。④本層和上層受剪承載力之比的最小值為0.71，為承載力突變。

（2）特別不規(guī)則項(xiàng)：地震力作用下最大水平位移比為1.45大于1.4，扭轉(zhuǎn)偏大。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)超限，對結(jié)構(gòu)整體及關(guān)鍵部位采取相應(yīng)加強(qiáng)措施，并用YJK軟件進(jìn)行靜力彈塑性分析。

4 計(jì)算結(jié)果分析

（1）靜力彈塑性分析結(jié)果（推覆分析）（規(guī)定水平力加載）。采用YJK靜力彈塑性模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。

本工程在施加完成結(jié)構(gòu)的豎向荷載（1.0恒+0.5活）后，分別對結(jié)構(gòu)的 X 向和 Y 向，45°方向以及135°方向進(jìn)行推覆分析，側(cè)推荷載按規(guī)定水平力施加。需求譜地震影響系數(shù)最大值取 0.45，特征周期取1.1S，阻尼比取 0.05。

地震影響系數(shù)最大值：0.45；特征周期：1.1；結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05；水平荷載：規(guī)定水平力加載；是否考慮p-delta效應(yīng)：考慮；豎向荷載：1.0恒+0.5活；收斂條件：容許不收斂，控制最大迭代次數(shù)20，誤差5%；停止條件：層間位移角達(dá)到1/5。

①結(jié)構(gòu)在135度負(fù)向推覆的層間位移角最大，以此為例，結(jié)構(gòu)在能力譜和需求譜相交性能點(diǎn)的下的層間位移角為1/293，位于結(jié)構(gòu)3層，小于1/50，表明結(jié)構(gòu)具有抵御7度（0.10g）大震的能力，結(jié)構(gòu)能夠在7度（0.10g）大震作用下保證“大震不倒”。

②結(jié)構(gòu)能力譜-需求譜曲線。135°正向推覆下的結(jié)構(gòu)能力普-需求普曲線如下：

③結(jié)構(gòu)損傷。以135°負(fù)向推覆下的結(jié)構(gòu)塑性鉸發(fā)展進(jìn)行描述：

下圖分別為中震性能點(diǎn)塑性鉸分布圖和大震性能點(diǎn)塑性鉸分布圖。可以看出，在中震下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件大部分處于輕微損傷階段，局部梁柱節(jié)點(diǎn)中等損傷。在大震性能點(diǎn)階段，大部分柱端出現(xiàn)塑性鉸，首層柱底均未出現(xiàn)塑性損傷。

計(jì)算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)在7度（0.10g）小震作用下豎向構(gòu)件無塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段；中震作用下，結(jié)構(gòu)首層以上部分梁柱相繼出現(xiàn)塑性鉸，塑性損傷程度輕微；從能力曲線看，結(jié)構(gòu)在中震時(shí)整體結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段；大震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐漸出現(xiàn)塑性鉸，懸挑部位構(gòu)件損傷程度較重，其他部位構(gòu)件塑性程度較淺，底層柱基本沒有大的損傷。從結(jié)構(gòu)能力需求曲線可以看出，也就是說當(dāng)作用到結(jié)構(gòu)上的荷載到達(dá)大震性能控制點(diǎn)之后，其仍處于強(qiáng)化上升階段，此時(shí)部分構(gòu)件進(jìn)入塑性之后并不會(huì)馬上退出工作，結(jié)構(gòu)仍然具有穩(wěn)定的抗側(cè)推能力。在大震所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能控制點(diǎn)到曲線的下降點(diǎn)還有較遠(yuǎn)距離，如果繼續(xù)增加荷載，結(jié)構(gòu)不會(huì)馬上倒塌，結(jié)構(gòu)有一定的安全儲(chǔ)備；根據(jù)罕遇地震下結(jié)構(gòu)能力曲線和需求曲線相交的性能控制點(diǎn)，結(jié)構(gòu)在最不利方向（135°）最大層間位移角為1/286，小于規(guī)范1/50的限值要求，表明結(jié)構(gòu)具有抵御7度（0.10g）大震的能力，能夠在7度（0.10g）大震作用下保證“大震不倒”。

（2）靜力彈塑性分析結(jié)果（推覆分析）（倒三角加載）。地震影響系數(shù)最大值：0.45；特征周期：1.1；結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05；水平荷載：倒三角加載；是否考慮p-delta效應(yīng)：考慮；豎向荷載：1.0恒+0.5活；收斂條件：容許不收斂，控制最大迭代次數(shù)20，誤差5%；停止條件：層間位移角達(dá)到1/5。

計(jì)算結(jié)果：結(jié)構(gòu)在135度負(fù)向推覆的層間位移角最大，以此為例，結(jié)構(gòu)在能力譜和需求譜相交性能點(diǎn)的下的層間位移角為1/299，位于結(jié)構(gòu)3層，小于1/50，表明結(jié)構(gòu)具有抵御7度（0.10g）大震的能力，結(jié)構(gòu)能夠在7度（0.10g）大震作用下保證“大震不倒”；從結(jié)構(gòu)能力曲線可以看出，在大震作用下結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲(chǔ)備；從中震性能點(diǎn)塑性鉸分布圖和大震性能點(diǎn)塑性鉸分布圖中可以看出，在中震下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件大部分處于輕微損傷階段，局部梁柱節(jié)點(diǎn)中等損傷。在大震性能點(diǎn)階段，大部分柱端出現(xiàn)塑性鉸，首層柱底均未出現(xiàn)塑性損傷。

5 結(jié)論

（1）結(jié)構(gòu)在7度（0.10g）小震作用下豎向構(gòu)件無塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段。

（2）中震作用下，結(jié)構(gòu)首層以上部分梁柱相繼出現(xiàn)塑性鉸，塑性損傷程度輕微；從能力曲線看，結(jié)構(gòu)在中震時(shí)整體結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段。

（3）結(jié)構(gòu)在規(guī)定水平力下的靜力彈塑性分析結(jié)果與倒三角作用力下的靜力彈塑性分析結(jié)果基本一致，說明靜力彈塑性分析結(jié)果較為可靠。

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