基于Pushover方法对某L形钢混结构抗震影响因素分析

宗琪 柴智

摘 要：谈到抗震，我们通常想到结构设计所遵循的三个原则，“小震不坏、中震可修、大震不倒”。对于小震和中震来讲，通常只需考虑结构弹性变形范围内的变化。而对于罕遇地震，我们也要考虑弹塑性范围内结构的抗震性能，这也是我们通常结构设计中面临的难点。文章主要采用了某个L形钢混结构实例，用Midas/gen软件进行分析，通过Pushover分析方法来探究柱截面、梁截面、结构高度等因素对于结构的弹塑性抗震性能的影响。

关键词：Pushover；性能点；塑性铰

1 工程概况

该工程是位于山东的某办公楼，共六层，结构高度21.6m。是一不规则L形钢混结构。柱截面为500mm*500mm，梁截面为250mm*650mm，混凝土等级C30。设计地震分组为两组，地震设防烈度为7（0.1g）度，场地类别为II类，框架抗震等级为三级。

本次分析采用Midas/gen[1]2014版本，结构模型如图1所示。

图1

2 罕遇地震下抗震影响因素分析

在结构抗震方面，常考虑“强柱弱梁”，通过梁的塑形变形来吸收地震能量，给人们充分的预警。因此，文章将会通过改变梁柱的截面尺寸和结构高度[2]，分别研究该L形框架结构在大震下的弹塑性抗震性能，进行对比分析。

模型1为原结构模型，模型2柱截面长宽均增加50mm为550mm，模型3柱截面长宽均减小50mm为450mm，模型4梁截面高度增加50mm为700mm，模型5梁截面高度减小50mm为600mm，模型6结构增加4层，结构高度为36m。

2.1 性能点对比分析

需求谱曲线是将标准的加速度反应谱（Sa-T 谱）转换为ADRS格式。定义 7度（0.10g）罕遇地震下的需求谱。Midas/gen可以建立结构 5%阻尼设计反应谱并转换成ADRS 格式，并将能力谱与Sa-Sd反应谱绘制在一起，两谱的交点即为性能点。6个结构模型罕遇地震性能点（Sa，Sd）数据均能找到，如表1所示。

通过对比，随着梁的截面增加，性能点位移减小，明显减小了的性能点的位移，说明增大梁的截面不仅增强结构的在弹性变形的刚度，对于罕遇地震下的弹塑性变形，也起到不小的作用。再看模型2和3，对比1得，随着柱子截面高度增加，底部剪力越大，但是性能点位移差距不大，说明改变柱子截面不如梁截面对性能点最大位移影响明显。

同时，我们发现谱的加速度越大，等效周期越短。谱的位移与等效位移，没有明显的对应关系。

2.2 结构的屈服机制分析

本次模拟选择Y方向推覆，来分析一下此L形框架结构的屈服机制，6个结构模型在罕遇地震性能点处的塑性铰发展情况进行对比，以分析罕遇地震下抗震性能的影响，如图2所示。

图2 各个模型性能点处塑性较发展情况

对比可知，前三个模型的塑性铰有大量铰进入“B阶段”，分别占有比例10.8%、8.8%、10.9%。说明在罕遇地震作用下，对于此框架结构，改变柱子截面尺寸，一定程度会对塑形铰的发展有影响，即截面增大塑性较发展慢、截面减小塑性较发展较快，但是变化影响不显著。但是梁截面增加或减小与柱子变化相反，分别为14.5%和8.6%，相对柱子变化明显。

把结构模型在性能点处的塑性铰发展情况进行对比可知，与模型1相比，模型6的塑性铰有16.4%大量铰进入“B阶段”。说明在罕遇地震作用下，对于L形框架结构，增加建筑高度，增加塑形铰的发展最明显。

3 结束语

通过此L形框架结构，用pushover分析方法，研究了柱子截面、梁截面以及结构高度对pushover分析结果的影响，得到以下结论。

（1）增大柱子截面、减小梁截面、增加结构高度，会增加性能点位移，不利于结构的弹塑性抗震位移。

（2）柱截面增加，塑性铰发展变慢；梁截面增加，塑性铰发展加速，不利于抗震塑性较的发展。增加结构高度，对于整体的塑性铰开展，会起到明显增加的作用，降低结构的弹塑性抗震性能。

参考文献

[1]蒋玉川，傅旭彬，阎慧群，等.MIDAS在结构计算中的应用[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2]唐剑维.钢筋混凝土框架结构Pushover分析[D].青岛：青岛理工大学，2014.

作者简介：宗琪（1991-），男，汉族，山东滨州人，硕士研究生在读，主要从事建筑结构方向研究工作。