版权信息
省级大型综合性科技类期刊
主管部门:自治区科技厅
主办单位:自治区科学技术信息研究院 
协办单位:自治区科学技术情报学会
编辑出版:科技期刊编译室
刊社地址:内蒙古呼和浩特新城西街149号本刊杂志社
邮政编码:100010
电      话:0471-2536371

E-mail  :

nmgkjzz@vip.163.com 

网站地址:www.nmgkjzz.com


往期杂志
当前位置: 首页>往期杂志>详细介绍

静力推覆分析在超限高层性能化设计中的应用

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 134次


康继武1

(1.  奥雅纳工程咨询(上海)有限公司,上海  200031)

摘要 结构在较大的地震作用下某些部位要发生屈服甚至破坏退出工作,从而结构的工作状态会从弹性过渡到弹塑性,随着塑性的发生和发展,结构的反应性能会发生改变,这就需要进行非线性地震反应分析。静力弹塑性分析(Push-over)是性能抗震设计(Performance-Based Seismic Designing - PBSD)中最具代表性的分析方法之一。本文通过Push-over分析方法对抗震性能进行评价,得出结构整体及构件的抗震性能均可达到预期的性能目标。

关键词 超限,性能化设计,静力推覆分析

 

Application on Performance-based Seismic Design of Tall Building beyond Code Specification

KANG Jiwu1

(1.      Arup International Consultants (Shanghai) Co. , Ltd. , Shanghai 200031,China)

Abstract Some parts of the structure will yield or even destroy quit working with heavy earthquake, so structure working state will transition from elastic to elasto-plastic, with the occurrence and development of plasticity, the performance of the structure will change, which the need for nonlinear seismic response analysis. Pushover analysis (Push-over) is the performance of seismic design - one (Performance-Based Seismic Designing PBSD) the most representative analytical methods. By Push-over analysis methods to evaluate the seismic performance, seismic performance drawn the whole structure and components can achieve the desired performance goals.

Keywords beyond code specification; performance-based seismic design; pushover

 

 

 


                          


作者简介:康继武,一级注册结构工程师


 

1.静力弹塑性分析

静力弹塑性分析(Pushover Analysis),也可以叫做需求能力谱曲线法,是一种考虑结构塑性对建筑物的抗震性能进行评价的方法。其中还结合了最近在抗震设计方面很受重视的以性能为基本的抗震设计理论(Performance Based Seismic Design)。性能基本设计法的目的是为了使用户和设计人员一起明确的设定建筑抗震的目标性能,并为了达到该性能而进行设计。故可在采用一般方法进行设计后,通过Pushover分析对该建筑进行评价来判断其是否能够达到所设定的目标性能。Pushover分析是将静力荷载(Static Force)逐步加载至结构的最高性能点来生成横向荷载与变形的关系,在这个逐步加载的过程中,每加载一步就检索是否有构件屈服,若有构件屈服,便修改结构刚度矩阵重新加载,这样反复迭代直至结构的最高性能点。得到了结构的荷载变形相关曲线以后,按反应谱形式给出对应于所考察地震的性能要求,为了能考察二者的相对关系,需要将二者转化到同一个坐标系,即所谓ADRS形式(Acceleration—Displacement Response Spectra),形成能力谱(Capacity Spectrum)和需求谱(Demand Spectrum),如图1.1所示。两条谱相交的交点(性能控制点)若处于目标性能范围内,即可判断为达到了所设定的目标。


 

2 工程概况

安徽某在建项目B131.600m(自室外地面),地上44层,地下室2层,标准层层高2.95m,地上一层层高4.45m。建筑平面尺寸37.00m×20.70m,结构高宽比131.60/20.70=6.30,嵌固端在地下室顶板,采用剪力墙结构体系。基础面~7层楼面最大墙厚:350mm(局部最大墙厚400)8~17层楼面最大墙厚:300mm18~27层楼面最大墙厚:250mm28层楼面以上最大墙厚:200mm,最小墙厚:200mm。剪力墙主要混凝土材料强度C50~C30,梁、板主要混凝土材料强度C35~C30

3 超限高层计算分析

1给出结构的有计算模型。

说明: }{5O3T[CCD8ELC{3%E82DDW

图1 有限元计算模型

Fig.1 calculation model

3.1 超限分析:

本工程根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2010]109号),对规范涉及结构不规则性的条文进行了检查。通过以下逐条检查可以看出,本工程为B级高度超限高层建筑,同时具有三项一般规则性超限:“扭转不规则”、 “楼板不连续”和“凹凸不规则”;

说明: TPCY0T33W9`GYT`$F69U%Q4

图2 结构平面布置

    Fig.2 Structural plan


            

图3 位移比

Fig.3 The displacement ratio


 


3.2 静力推覆分析

通过进行静力弹塑性分析,可以说应该能够达到如下的几个目的:第一,能粗略考察和评价结构在地震作用下的反应性能;第二,能够基本找到结构在地震作用下的屈服部位或者说薄弱部位;第三,能够基本找到结构在地震作用下的各部位的屈服顺序。沿X向、Y向对结构进行侧推得到的结构基底剪力-顶点位移相关曲线。在侧推中,考虑了结构模拟施工的竖向荷载组合(1.0×恒载标准值+0.5×活载标准值)作为初始工况,考虑结构弹塑性状态下的P-Delta效应,材料强度取用标准值。

说明: J%MK_MEQYWKMZLSPOSUJ%JG

4 XPushover分析曲线-大震

Fig.4 The Pushover-X

说明: {}U8HUH(@QDC1HW1L~9TYI7

5 YPushover分析曲线-大震

Fig.5 The Pushover-Y

说明: RIPP{%IPK[K%W6QC3GK4[)U

6 XPushover铰分布

说明: D(C]1JWP[EX`1]A~BG_V[J7

7 YPushover铰分布

4 结论

1)              Pushover分析曲线中,结构的能力曲线和7度罕遇地震需求曲线能够求得性能控制点,X向、Y向性能控制点对应的结构最大层间位移角均分别出现在第25层,XY向层间位移角分布分别为1/2291/227,均能满足规范最大层间位移角小于1/120的要求。

2)              从基底剪力顶点位移相关曲线上也可以看到,整体结构仍处于强化上升的工作阶段,在罕遇地震对应点之后的曲线上升态势还比较明显。故可以说,结构能够经受7度罕遇地震的考验。

3)              从结构的出铰部位和程度来看,在罕遇地震作用下,结构大部分连梁和少数框架梁出现了塑性铰且塑性铰屈服程度较浅,绝大部分处于应变等级1状态,极少数剪力墙处于应变等级5状态;因此可以说在罕遇地震的作用下,实现了预定的抗震性能目标。

 

参考文献

[1]          吕西林. 复杂高层建筑结构抗震理论与应用[M]. 科学出版社, 2007.

Lu Xilin,.. Seismic Theory and Application of Complex High-rise Structural [M].Building Structure, 2007.

[2]          中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范(GB50011-2010). 中国建筑工业出版社, 2010.

Ministry of Construction of the People’s Republic of China. GB 50011-2010 Code for seismic design of buildings [S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2008.

[3]          中华人民共和国住房和城乡建设部. 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

Ministry of Construction of the People’s Republic of China. GB 50011-2010 Technical specification for concrete structures of tall buildings [S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2008.

[4]          李杰, 李国强. 地震工程学导论[M]. 北京: 地震出版社,1992:102~104, 203~207.

Li Jie,Li Guoqiang. Introduction to Earthquake Engineering [M].Bei Jing: Seismic Press , 1992:102~104, 203~207.

[5]          喻永声, 钟万勰. 复杂高层建筑整体结构抗震分析[J]. 建筑结构, 1998(2): 3-7.

Yu Yongsheng,Zhong Wanxie. Seismic Performance Evaluation for the whole structure of tall building [J].Building Structure, 1998(2): 3-7.

 

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。