关于静力弹塑性分析的探讨

陈 敏

(贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550081)

关于静力弹塑性分析的探讨

陈 敏

(贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550081)

针对规范提出的对应于各地震烈度水准相应的抗震设防目标，系统分析了结构遭遇不同水准烈度时地震动参数的变化规律，并结合具体实例，基于静力弹塑性分析，采取了相应的构造加强措施，以保证结构具有较好的承载能力和变形能力。

抗震，性能设计，静力，弹塑性分析

该项目总建筑面积35 000 m2。有2栋10层～33层的住宅楼，局部住宅楼带有1层～2层的商业。场地设置有半地下室、地下室各1层，地下室、半地下室为停车库及设备用房。根据建筑使用功能要求，均采用钢筋混凝土框支剪力墙结构，各栋塔楼之间，地面以上均设置防震缝，避免形成复杂高层建筑结构中的多塔楼结构，但地下室不设置防震缝和伸缩缝。裙房采用钢筋混凝土框架结构。结构重要性系数取1.0；取地下室顶板为嵌固端。水平位移分析计算时，基本风压取0.65 kN/m2；承载能力极限状态分析计算时，基本风压取0.50 kN/m2。考虑P—Δ效应。考虑施工过程中轴向变形影响。全楼地震作用放大系数1.0。分别考虑两个主轴方向单向水平地震作用平扭耦连的扭转效应和双向水平地震作用的扭转效应；单向水平地震作用考虑偶然偏心的影响。

多遇地震作用弹性时程分析法补充计算，根据《高规》第3.3.4条特别不规则的高层建筑应采用时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。弹性时程分析按特征周期选用两组实际地震记录TH1TG035，TH2TG035，选用两组场地50年超越概率为63.2%的人工模拟加速度时程曲线USER1，USER2(西北区为USER3，USER4)。人工模拟加速度时程曲线的时距取为0.02 s，地震波持续时间不少于12 s、且不少于5倍结构基本自振周期，地震加速度不小于35 cm/s2。多遇地震作用弹性时程分析表见表1。

表1 多遇地震作用弹性时程分析表

偶遇地震(中震)作用分析,调整地震影响系数最大值αmax按中震(2.8倍小震)取值；不考虑地震组合内力调整系数(即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数)；不考虑风荷载计算；连梁刚度折减系数取0.5,构件的承载力计算时材料强度采用设计值；荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数γRE的取值均同小震；其他计算假定均同小震计算分析。

中震不屈服分析,调整地震影响系数最大值αmax按中震(2.8倍小震)取值；不考虑地震组合内力调整系数(即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数)；不考虑风荷载计算；连梁刚度折减系数取0.5；构件的承载力计算时材料强度采用标准值；荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数γRE均取1.0；其他参数取值及计算假定均同小震计算分析。偶遇地震作用下的参数表见表2。

表2 偶遇地震作用下的参数表

罕遇地震(大震)作用分析,弹塑性静力推覆分析(Push-Over)根据现行设计规范要求，在罕遇地震作用下，应验算主要抗侧力构件的弹塑性变形。运用Midas空间分析软件进行罕遇地震作用的弹塑性静力推覆分析(Push-Over Analysis，简称POA)。采用美国FEMA-273和ATC-40所建议的方法给出构件弹塑性骨架曲线，评价结构在罕遇地震作用下的弹塑性状态。在框架梁端设置弯矩铰(M铰)，在墙、柱端部设置轴力弯矩铰(PMM铰)和剪力铰(V铰)。考虑结构承受初始竖向荷载(1.0gk+0.5qk)和几何非线性(P—Δ效应)，加载方式采用相当于三角形分布形式振型荷载分布(模态形式)的方式；分析中采用基于目标位移的位移控制法，主节点为顶层的核心筒角点，目标位移值取0.5 m左右。分析考虑了楼板单元，并对开洞的节点释放了刚膜连接。 主要分析结果见表3。

表3 性能控制点对应的分析参数

根据本工程结构超高的情况，将框支框架抗震等级提高为特一级，底部加强部位、非底部加强部位剪力墙抗震等级提高为一级。框支框架及剪力墙设计,结合“中震”及“大震”分析结果，对薄弱部位剪力墙及框支框架适当提高配筋率。连梁及拉梁设计根据“小震”和“中震”分析的不利结果，对连梁及拉梁进行配筋设计。拉板、核心筒区域及关键连接部位楼板设计根据“中震”作用下的楼板应力分析结果，选择合适的楼板厚度，双层双向拉通配置钢筋，以保证楼板在“中震”下有足够的承载能力，并留有余地，防止大震下可能发生的拉断和剪切脆性破坏。

“小震”和风荷载作用下的分析结论,采用Satwe,Etabs两个三维空间分析软件进行计算分析,各分析软件的分析结果相近，未出现相互矛盾和异常情况；周期比、扭转位移比、弹性最大层间水平位移角、楼层侧向刚度比、最小楼层抗剪承载力比、振型质量参与系数、剪力墙轴压比、框架(支)柱轴压比、剪重比、刚重比、构件承载力均能满足规范规定限值的要求；根据《安评报告》提供的地震波进行了多遇地震(小震)作用下的弹性时程分析补充验算，结果满足规范规定的要求。

综上所述，说明结构布置、构件截面尺寸选择合理、有效，能够满足“小震不坏”的设防目标。

“中震”作用下的分析结论,框支柱、剪力墙的混凝土轴压比、层间弹性位移角、均能满足中震下的性能目标要求；结构主要抗侧力构件满足不屈服要求并处于弹性状态；转换梁弹性，塔楼楼面梁除部分楼层抗弯屈服外，其他楼层梁均抗剪、抗弯不屈服，符合“强剪弱弯”的抗震设计延性耗能概念；重要 楼板通过加大楼板厚度及适当增大配筋率并采用双层双向配筋方式，保证了楼板在各种工况下有足够的承载能力。综上结构体系可满足“中震可修”的设防目标。

“大震”作用下的分析结论,结构薄弱层层间弹塑性位移角满足规范限值要求；静力弹塑性分析能够求得性能控制点，对结构局部出现塑性铰的重要竖向构件，通过适当的构造加强措施来保证结构具有较好的承载能力和变形能力；地结构体系可满足“大震不倒”的设防目标。

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

陈 敏(1981- )，男，助理工程师

1009-6825(2014)27-0037-03

TU313

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