基于ETABS的多层群体住宅建筑抗震性能分析

李继东

（烟建集团第七建筑安装有限公司，山东 烟台 264000）

0 引言

群体建筑由多个建筑单体组成，主要包含住宅建筑和公共建筑，其中住宅建筑的质量和稳定性尤为重要[1]，因此，建筑的抗震性能则成为重点关注内容。抗震性能指的是建筑结构在地震作用下的承载能力、变形能力、耗能能力以及破坏形态变化情况等[2]。在正常情况下，延性越大的建筑结构，抗震性能越佳，这是因为延性越大[3]，建筑结构的变形能力越佳，可降低地震对建筑结构的影响[4]。

ETABS 作为一个集成化的建筑结构分析和设计软件，以有限元技术为依据，在完成高层不同体系类型结构设计和分析的同时[5]，具有荷载计算、静动力分析、非线性分析等功能，能够全面掌握建筑结构的弹性时程以及反应谱分析。ETABS具有强大的图形操作界面，能够完成复杂建筑结构模型的构建；同时支持多种格式数据的文件导入[6]，并具有大量工程模板，为模型构建提供全面支撑，并且保证分析结果的精准性。因此，本文以清悦山庄群体住宅工程为例，基于ETABS软件开展多层群体住宅建筑抗震性能的分析。

1 工程概况

清悦山庄工程作为多层群体住宅工程，主要包含A13#、A14#、A18#、A21#、A22#楼工程，建筑规模36000m2，结构类型为框架结构。结构形式为框架剪力墙结构。车库部分地下1层，主楼部分地下3层，地上11层。该工程总建筑面积约36000m2，共包含A13#、A14#、A18#、A21#、A22#5个住宅楼及1个地下车库。A13#楼总建筑面积6680.46m2，建筑高度32.99m；A14#总建筑面积4461.8m2，建筑高度32.99m；A18#总建筑面积4087.35m2，建筑高度32.8m；A21#总建筑面积5688.85m2，建筑高度32.9m；A22#总建筑面积5583.11m2，建筑高度32.9m。基础形式：A13#、A18#、A21#为筏板基础；A14#、A22#为桩基+防水板。

2 多层群体住宅建筑抗震性能分析

2.1 基于ETABS的多层群体住宅建筑建模

本文以ETABS软件为主，构建清悦山庄多层群体住宅工程三维模型，该模型在构建过程中，利用ETABS软件对柱、梁端等部分构件进行设计，并采用相同单元构建空间杆件，最终通过壳体单元完成模型构建，模型的构建结果如图1所示。

图1 多层群体住宅建筑模型

ETABS软件在构建多层群体住宅建筑模型时，是以建筑结构的实际尺寸和受力状态为依据完成，同时能够按照空间结构、构件的轴向、弯曲、剪切和扭转变形情况完成计算分析。

2.2 地震波选择

为分析多层群体住宅建筑的抗震性能，结合多层群体住宅建筑所处环境以及结构类型，选择6条模拟地震波，包含人工波和天然波，前者的数量为2条，用R1和R2表示，后者为4条，用T1、T2、T3、T4表示，地震波信息详情如表1所示。

表1 地震波信息详情

在地震模拟过程中，设定不同地震模拟环境中的加速度峰值，该设置分为2种情况，一是罕遇地震，二是多遇地震，前者设定的数值为605gal，后者的值为145gal；地震波的持续时间为30s，计算间隔时间为0.03s；依据该地震模拟分析建筑的自振特性以及塑性铰特性的分析，以此完成多层群体住宅建筑的抗震性能分析。

2.3 建筑结构自振特性模态分析

模态分析用于判断建筑结构振动特性，是进行建筑结构其他动力分析的基础，该建筑结构的重力荷载值采用结构恒载以及楼面活荷载的50%表示。获取不同振型下建筑结构不同模态的自振特性，并按照振型参与质量不低于总质量的90%进行判断，分析结果如表2 所示。表2中第一阶模态的振动方向为X向，属于短向振动；第二阶模态的振动方向为Y向，属于长向振动；第三阶模态为整体扭转。

表2 建筑结构不同模态的自振特性分析结果

依据表2分析结果可知：在不同的周期和振型下，X、Y、Z三个方向的建筑结构振型参与质量不低于总质量均在90%以上，表示建筑结构不同模态的自振特性满足规范标准。

2.4 塑性铰特性分析

依据ETABS软件构建的多层群体住宅建筑模型，分析建筑在罕遇地震和多遇地震两种情况下塑性铰的变化结果，由于群体建筑数量较多，篇幅有限，结果仅随机呈现一栋建筑的分析结果，如图2和图3所示。

图2 多层建筑的塑性铰分析结果

图3 整体建筑的塑性铰分析结果

依据图2和图3测试结果可知：在罕遇地震和多遇地震两种情况下，2层建筑在地震作用下，建筑底部核心位置和外框结构发生明显屈服，产生塑性铰；建筑的整体结构在地震作用下，塑性铰主要发生在建筑的下部分。综合分析结果，在2种地震作用下，建筑结构虽然发生不同程度的塑性铰，但是，整体结构仍具有较好的承载力，没有发生显著变形和破坏，满足建筑结构对于罕遇地震的抗震需求。

2.5 刚度退化计算分析

刚度退化是衡量建筑抗震性能的一个常用指标，其指的是建筑AIIB循环荷载作用下，当其保持在相同峰值荷载时，峰值点位移的变化情况，以此分析建筑结构破坏情况，其计算公式为：

式中：

+Pi，-Pi——表示峰值荷载，前者对应循环荷载正向结果，后者对应循环荷载负向结果；

+δi，-δi——正负两种峰值荷载对应的位移结果。

获取建筑在循环地震荷载下，其刚度退化结果，如图4所示。

图4 建筑刚度退化结果

依据图4测试结果可知：随着水平位移的逐渐增加，建筑也逐渐发生破坏，会形成裂缝并不断增加，同时建筑的刚度则逐渐减小；刚度的退化速度和位移轴之间呈现平行状态。由于该多层群体住宅建筑主要以框架剪力墙结构为主，混凝土框架剪力墙具有主要承载力，因此，在地震情况下，能够有效降低建筑构件刚度退化速度。

2.6 骨架曲线分析

骨架曲线依据滞回曲线中各次循环的峰值荷载点连接形成，能够衡量建筑结构的变形能力和延性性能，其中延性系数的计算公式为：

式中：Δμp和Δμy分别表示弹塑性层间位移和层间屈服位移。

获取建筑受到地震作用下，随着位移的不断增加，建筑X向的骨架曲线变化结果如图5所示。

图5 建筑的骨架曲线结果

依据图5测试结果可知：在地震作用下，建筑结构先处于弹性阶段，在该阶段中建筑结构会形成较小的侧移，此时地震对于建筑结构的影响较小；随着地震的持续作用，建筑结构进入屈服阶段，此时建筑结构的侧位移逐渐增加；随着位移的不断增加，建筑结构进入破坏阶段，此时位移大小趋于稳定，对应的骨架曲线也趋于平缓。建筑结构的整体位移范围在-120～+120mm之间，在该范围内，建筑没有发生明显破坏点，延性较好，表示建筑具有较好的抗震性能。

3 结束语

多层群体住宅建筑的稳定直接决定建筑的安全性，因此，需保证建筑的抗震性能。本文为分析多层群体住宅建筑的抗震性能，提出基于ETABS的多层群体住宅建筑抗震性能分析方法，通过该方法构建多层群体住宅建筑模型，依据该模型分析建筑的自振特性以及塑性铰特性，并计算建筑的刚度退化情况以及骨架变化结果，判断建筑的抗震能力。