某超高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析

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1、某超高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析卓越置業(yè)集團有限公司廣東深圳518000【摘要】復(fù)雜的超高超限高層建筑結(jié)構(gòu)需要進行彈塑性分析及計算來驗證其是否滿足抗震設(shè)防要求。木文以深圳某超高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)為例，用三維彈塑性分析軟件GSNAP進行了靜力彈塑性分析，對結(jié)構(gòu)的整體反應(yīng)結(jié)果和構(gòu)件損傷情況進行了分析和評估，用詳細的量化指標(biāo)驗證了該結(jié)構(gòu)能夠在罕遇地震水平下實現(xiàn)“大震不倒”?！娟P(guān)鍵詞】超限高層：靜力彈塑性分析；罕遇地震；抗震性能0前言木工程建筑面積3.29萬平米，主樓為33層，地下室3層。結(jié)構(gòu)體系為部分框支剪力墻結(jié)

2、構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高110米，主樓平面尺、r為25.2米X25.9米，整體的高寬比4.36,長寬比為1.03。建筑方案要求底部為大空間，在5層設(shè)置轉(zhuǎn)換層，同時存在平面凹凸不規(guī)則和位移比超限等不規(guī)則項。根據(jù)高規(guī)OGj3-2010）第10.1條規(guī)定，屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。為了檢驗結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下是否滿足“大震不倒”的抗震設(shè)計要求，有必要對其進行彈塑性分析，驗算彈塑性層間變形,判斷主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的屈服順序和損傷程度，根據(jù)構(gòu)件破壞順序研宄結(jié)構(gòu)的屈服機制，對結(jié)構(gòu)的整體抗震性能做出綜合評估。根據(jù)高規(guī)OGj3-2010）第3.1

3、1.4條規(guī)定，木工程采用靜力彈塑性方法進行分析。靜力彈塑性分析方法的特點是：雖然靜力彈塑性分析方法在理論上有著諸多缺陷，但靜力彈塑性分析可以通過比較簡單的分析過程，了解結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下從構(gòu)件到結(jié)構(gòu)多層面的彈塑性性能，且基木不影響傳統(tǒng)的設(shè)計流程（彈性設(shè)計、彈塑性驗算），因而在應(yīng)用上有著很好的優(yōu)勢，其主要優(yōu)點似括：（1）可以對結(jié)構(gòu)的彈塑性全過程進行分析，了解構(gòu)件破壞過程，傳力途徑的變化，結(jié)構(gòu)破壞機構(gòu)的形成，以及設(shè)計中的薄弱部位等；(2)可以較為簡便地確定結(jié)構(gòu)在不同地震強度下S標(biāo)位移和變形需求，以及相應(yīng)的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)

4、能力水平。本工程彈塑性靜力分析采用GSNAP程序，本程序由廣東省建筑設(shè)計研究院及深圳市廣廈軟件有限公司研發(fā)，它是一個力學(xué)計算釆用通用有限元架構(gòu)，冋吋又和結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范緊密結(jié)合的建筑結(jié)構(gòu)彈塑性分析軟件。在程序結(jié)構(gòu)的組織上采用了通用有限元技術(shù)，使其在分析上具有通用性，梁柱采用纖維束模型，墻采用彈塑性殼模型，可以適用于任何結(jié)構(gòu)形式。1模型建立與參數(shù)確定1.1整體模型根據(jù)初步設(shè)計方案建立三維整體結(jié)構(gòu)模型，對主要抗側(cè)力構(gòu)件(剪力墻和連梁、框架梁柱)按照實際情況進行模擬。假定結(jié)構(gòu)在地下2層地面嵌固，采用瑞利阻尼，阻尼比取5%

5、。1.2構(gòu)件模型彈塑性梁柱單元采用纖維束模型構(gòu)造，單元切線剛度直接基于混凝土材料微元及鋼筋材料微元的本構(gòu)關(guān)系。彈塑性墻元面內(nèi)剛度的力學(xué)模型采用平面砬力膜，并可以考慮開洞，與梁柱元一樣，它的單元切線剛度也直接基于混凝土材料微元及鋼筋材料微元的本構(gòu)關(guān)系。墻元的面外剛度用簡化的彈塑性板元進行考慮。樓板采用彈性殼單元。1.3材料本構(gòu)關(guān)系混凝土材料的受壓上升段本構(gòu)關(guān)系采用SAENZ曲線模擬，并考慮了其中的下降段，考慮了混凝土的抗拉能力。鋼筋的本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型，在實際計算中，為了保證計算的穩(wěn)定性，對塑流段也給予一

6、個微小斜率。1.4加載模式整個的加載過程包括兩大步，第一步是施加豎向的靜力荷載，第二步是施加側(cè)推荷載。對于豎向靜力荷載的施加，一般的靜力彈塑性分析程序是通過線彈性靜力分析粗略確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力，然后把這個彈性內(nèi)力作為側(cè)推分析的初應(yīng)力來處理。為了保證分析的精度，在GSNAP程序中，靜力荷載和側(cè)推荷載均采用STEP-BY-STEP的非線性分析。對于側(cè)推荷載的形式，本工程采用矩形加載方式。2大震作用下靜力彈塑性分析大震下（罕遇地震）進行靜力彈塑性分析，主要是為了判斷“大震不倒”的設(shè)防要求能否滿足，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和塑性應(yīng)變集中

7、的部位，判斷結(jié)構(gòu)的屈服機制和破壞類型，找到薄弱層并驗算彈塑性變形。2.1X向彈塑性靜力推覆分析（1）X向的能力曲線、需求曲線及抗倒塌驗算結(jié)果：圖1荷載方向與X軸為0度角時抗倒塌驗算圖由上圖可得，該工程X向性能點處層間位移角為1/232〈1/120,滿足罕遇地震作用下規(guī)范規(guī)定的變形要求。與需求點相對應(yīng)的總加載步號為18步。性能點基底剪力為26489.8KN，是小震基底剪力的4.8倍；性能點頂點最大位移為313.4mm，是小震頂點最大位移的4.6倍。（2）第18加載步所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)主方向位移、位移角和冇害位移角曲線：

8、其中，所顯示的X主方向最大層間位移角為1/232,所對應(yīng)的層號為第12層；X主方向最大存害層間位移角為1/198，所對應(yīng)的層號為第10層。（3）本工程X向在第18加載步所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)桿端塑性狀態(tài)：梁柱鉸：青色圓圈代表當(dāng)前吋間步出現(xiàn)的塑性鉸（彎曲鉸）。墻鉸：青色叉代表當(dāng)前步出現(xiàn)的塑性鉸（彎曲鉸），藍色叉代表非當(dāng)前步出現(xiàn)的塑性鉸（彎曲鉸）。剪力墻彈塑性裂縫狀態(tài):短線表示，黑色表示受拉裂縫，黃