超高层结构静力弹塑性推覆分析

超高层结构静力弹塑性推覆分析

杨继清;李靖;王建国;王立娜

【摘要】以成都市某48层办公楼工程为例,应用PUSH&EPDA软件对外框架-核心筒结构-腰桁架结构进行了详细的静力弹塑性(Pushover)分析研究.结果表明:在大震作用下,底部平顶层及以下核心筒部分外墙肢、底部两层部分墙肢、加强层和加强层下一层墙肢局部区域出现裂缝,应增设型钢钢骨进行加固,对于存在较轻微局部裂缝的区域,需要提高构件的配筋率.

【期刊名称】《低温建筑技术》

【年(卷),期】2016(038)010

【总页数】3页(P77-78,87)

【关键词】外框架-核心筒结构-腰桁架;Pushover分析;PUSH&EPDA

【作者】杨继清;李靖;王建国;王立娜

【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明650224;云南农业大学建筑工程学院,云南昆明650201;云南农业大学建筑工程学院,云南昆明650201;云南农业大学建筑工程学院,云南昆明650201;云南农业大学建筑工程学院,云南昆明650201

【正文语种】中文

【中图分类】TU973.2

结构受到强震作用后进入弹塑性状态，为满足结构在大震作用下的抗震设计要求，有必要对结构进行静力弹塑性推覆分析[1]。静力弹塑性推覆分析(pushover

analysis)由于其概念清晰，实施相对简单，能够较为准确的反应结构在强震作用

下的弹塑性反应特点，得到了土木工程界的广泛认可。由于其在不同抗震设防标准下控制结构的破坏形态使结构有不同的抗震水平，比以往抗震设计方法中强调力的概念前进了一大步，得到了国内外广泛的应用[2，3]。

工程位于成都市主城区成华区，沪蓉高速、厦蓉高速、京昆高速、西成高铁、成都地铁1～7号线及成都东站等均布局成华区。工程场地内拟建三座塔楼和一个裙楼，一期塔楼位于基地内西南部为48层办公楼，二期塔楼位于基地中心为 95层高的

超高层办公楼和酒店，三期塔楼位于基地东部为39层的公寓式酒店，场地总平面图见图1。

总建筑面积7.87×105m2，地上总建筑面积为5.25×105m2，地下 3层为车库和机电用房，面积为2.62×105m2。二期塔楼和三期塔楼在地下室顶板以上和裙房

之间设置抗震缝。一期塔楼连接部分一层裙房，并在轴线附近与其它部分裙房设置抗震缝，见图2。本项目设计和施工共分三个阶段，第一期主要包括处于地块西部(轴线西面范围)的地下车库各层，一期塔楼及底层相关的机电房及后勤室。第二期主要包括轴线之间地下车库各层、二期塔楼及相应裙房部分。第三期为轴线以东的地下车库、塔楼三及相应裙房部分。本文研究的是该项目的第一期结构设计。

场地处于原浅丘斜坡地带，地势总趋势为南高北低。地面高程193.90～208.71m，最大高差约14.81m。场地地层从上而下依次为第四系全新统人工填土层、第四系全新统冲积层、侏罗系中统沙溪庙组泥岩和砂岩。拟建地段中等风化泥岩抗拉强度设计值0.3MPa，粘聚力设计值 0.772MPa，内摩擦角设计值32°，天然及饱和单轴抗压强度设计值分别为13.59MPa和9.17MPa，弹性模量设计值1988MPa，

变形模量设计值 1733MPa，地基承载力特征值 2572kPa。

3.1 分析软件

分析采用中国建筑科学研究院的多、高层建筑结构弹塑性静力、动力分析软件

PUSH&EPDA 程序。

3.2 分析模型和计算假定

本工程为外框架-核心筒结构-腰桁架结构体系，计算模型如图3所示。

PUSH&EPDA采用图4所示的Saenz曲线来模拟混凝土在单调加载情况下的应力-应变关系。

PUSH&EPDA采用图5所示的钢筋和钢材料模型来模拟钢筋在单调加载情况下的应力-应变关系。

3.3 加载顺序与水平作用力的竖向分布

加载过程包括两大步，第一步施加重力荷载，第二步施加侧推荷载[4]。侧推荷载分两种形式，一种是矩形，一种是倒三角形，倒三角形荷载形式因为比较符合地震力的分布而被较为广泛采用，本次分析采用倒三角形的侧推荷载。

表1 大震下的基底剪力 kN大震反应谱大震PushoverPushover/反应谱X向63280589750.93Y向70750614510.87

从表1中数据可知，大震条件下通过Pushover分析得出的总地震力，在X、Y方向均小于大震弹性反应谱，说明在大震条件下，部分结构进入塑性阶段，结构侧向刚度出现轻微弱化，承担地震力的能力有一定程度的降低。

3.4 塑性铰开展

(1) 在大震作用下的弹塑性静力推覆分析过程中，随着增量步数的增加，推覆力达

到32405kN时，加强层下部2～27层T②-⑦轴线处连梁处首先开始出现塑性铰(图6，圆圈所标明的位置是塑性铰出现的位置，以下相同)，连接连梁的塑性铰在同一位置扩展到底层，同时在15层和加强层区域个别电梯间小隔墙墙肢局部区域出现裂缝，当推覆到达性能点时，T②-⑦轴线处连梁在27层以下均出现塑性铰，在底部平顶层及以下核心筒部分外墙肢出现较多受拉裂缝(图8)。

(2) 在推覆力达到45694kN时，结构17层以下部分连梁处首先开始出现塑性铰(图7)，随着推覆力的增加，连梁的塑性铰一直扩展(图10)，直至推覆过程到达性能点时，在底部两层部分墙肢、加强层和加强层下一层墙肢局部区域出现裂缝(图9)。

(3) 从X向推覆结果来看，在大震作用下底部倾覆弯矩最大，底部二层部分外墙肢出现较多的受拉裂缝，而平顶层层在大震下部分墙肢局部仅出现些轻微的裂缝，由上述结果可以说明底部二层为承载力相对薄弱层，同时进一步验证反应谱分析中出现的结构薄弱层。设计中对于这几层比较薄弱部分，采取增设型钢钢骨加强的措施，对于其他层只有较轻微的局部裂缝，适当提高该墙段边缘构件配筋率和竖向水平分布筋的配筋率[5，6]。

4 结语

上述研究表明结构储备了足够的变形能力，没有被破坏到极限状态。结构整体抗震性能满足大震不倒塌的抗震设计目标。静力弹塑性分析反映塑性铰的开展情况，对于大震下的构件验算提供了良好的参考依据。

[1] 吴小宾,冯远,熊耀清，等. 带楼梯框架结构静力推覆分析及弹塑性性能研究[J]．建筑结构,2011,327(3):31-35．

[2] 吴文军. 半刚性连接钢框架的弹塑性静力推覆分析[J]．广西工学院学

报,2011,220(1):13-17．

[3] 杨志勇,何若全. 高层钢结构弹塑性抗震分析静动力综合法[J]．建筑结构学