某高层建筑罕遇地震下的静力弹塑性分析

收稿日期： 2012-12-14 作者简介： 胡立黎（ 1981- ） ，男，博士，工程师；
骆贵波（ 1984- ） ，男，硕士，工程师
易建文（ 1980- ） ，男，工程师，国家一级注册结构师；
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第 39 卷 第 5 期 2013 年2 月
山西建筑
竖向荷载作用在杆间。钢材采用双折线的弹塑性本构关系。梁、 柱支撑等一维构件采用纤维束模型来进行模拟。判断塑性铰按 程序内置的铰特性，铰截面刚度破坏程度指数应取为 0． 7 2013 年2 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 39 No． 5 Feb． 2013
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文章编号： 1009-6825（ 2013） 05-0027-03
某高层建筑罕遇地震下的静力弹塑性分析
胡立黎 易建文 骆贵波
（ 浙江杭萧钢构股份有限公司，浙江 杭州 310003）
塌验算结果如图 5 和图 6 所示。
地震作用方向 X向 Y向
弹塑性层间位移角 1 /194 1 /254
摘 要： 利用静力弹塑性分析方法，对某地 25 层酒店建筑进行罕遇地震分析，分析得到结构破坏模型，薄弱部分和弹塑性层间位
移角等参数。结果表明： 在罕遇地震作用下，此结构可满足抗震设防目标要求。
关键词： 地震反应，Push-over 法，抗震设计
中图分类号： TU973． 25
文献标识码： A
0 引言
析方法。中国、欧洲、日 本 和 美 国 等 国 家 都 将 其 作 为 有 效 的 抗 震 性能评价方法纳入规范［3］。
其基本思路：
依据实际情况施加水平力于结构，随着水平力增加使各构件
依次进入塑性。当个别构件进入塑性阶段后，整个结构的特性也
会相应改变。此时，需 要 再 次 调 整 水 平 力 的 大 小 和 分 布，以 适 应
主要是“小震设计”： 保证多遇地震作用时在结构不坏的前提下，
通过调整构件内力和合理的构造措施来保证罕遇地震作用下的
结构整体延性，达到“大震不倒”设防目标。可是，汶川地震震害 表明［2］，采用弹性地震反应分析结果去保证“设防地震”或者“罕
遇地震”作用下结构的地震反应，具有很大的经验性，也无法完全
保证结构实现罕遇地震的设防目标。随着计算机技术的迅速发展
和结构性能设计理论的不断完善，使设计者对整体结构进行罕遇
地震作用下受力分析成为可能。当前，主要采用静力弹塑性分析
方法和动力弹塑性时程分析方法验算罕遇地震作用下结构的地
震反应。
本文采用静力弹塑性方法对某纯钢结构的高层建筑进行罕
遇地震作用分析。
1 静力分析法
静力分析法，也称 Push-over 法，是国际上最早形成的抗震分
质量成正比，相当于结构在地震作用下每层的加速度均相同。抛
物线分布是水平力沿着高度成抛物线形状加载方式，能够较好地
反映结构在地震作用下的高振型影响。
指数分布是：
Fi =
wi hki
n
Vb 。
∑wj hkj
j =1
{1． 0
k = 1． 0 + 0． 5（ T － 0． 5） 。 2． 0
指数 k 的取值为： T≤0． 5 s。
罕遇地震是一种 突 发 的、破 坏 性 非 常 大，甚 至 具 有 毁 灭 性 质
的自然灾害，无法进行可靠预测，只能进行积极的预防。通常，在
罕遇地震作用下，房 屋 结 构 会 进 入 弹 塑 性 受 力 状 态。 因 此，为 保
护人民的生命财产安全，就需要对房屋结构在弹塑性工作状态下 的性能进行分析研究。目前，《建筑抗震设计规范》［1］中抗震设计
表 1 结构罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角
图 ３ 塔楼的剖面图
图 4 塔楼的三维分析模型
3 结构性能评价
3． 1 性能控制点确定
在罕遇地震作用下，地震参数为： 水平地震影响系数最大值
取 0． 77，基本设防烈度 8 度（ 0． 17g） ，地震分组为第一组，场地类
别为第二类，特征周期取 0． 35 s，阻尼比为 0． 05。X 和 Y 方向的倒
能较弱，只是略有富余。 综上所述，结构的安全储备较大，可以满足“大震不倒”的抗
震性能目标要求。 结构罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角如表 1 所示。从
表 1 中可以得到： 罕遇地震作用下，X 和 Y 方向均能满足抗震规范 要求，且位移角 远 小 于 抗 震 规 范 限 值。说 明 结 构 整 体 刚 度 较 大， 结构地震作用下变形较小； 满足罕遇地震作用下结构弹塑性变形 要求，且变形余量较大。
本工程地下 1 层，地上 25 层，裙房部分局部 4 层，标准层层高 3． 6 m，总高度约 95 m，总建筑面积约 5． 7 万 m2 。基本设防烈度 8 度（ 0． 17g） ，地震分组为第一组，场地类别为第二类。结构体系 采用如图 1 所示，地下 1 层 ～ 第 5 层为矩形钢管内填混凝土柱，其 他层为矩形 钢 管 柱。水 平 抗 侧 力 构 件 为 偏 心 支 撑 和 中 心 支 撑。 在结构端部存在斜柱，每层斜柱倾向角度不同以使结构整体外形 构成圆形。
结构需要。如此，直到整体结构出现预定的破坏现象（ 比如结构
成为机构或者最大层间位移超过要求） 。
水平力施加方法包括倒三角形分布、均匀分布、抛物线分布、 幂级数分布、模态加载和自适应侧向荷载模式等［4-6］。倒三角形
分布适用于以第一振型为主的结构体系，并假定结构各层加速度
沿高度呈线性分布。荷载均匀分布，假定结构各层侧向力与该层
0． 5 s≤T≤2． 5 s。 T≥2． 5 s。
其中，T 为结构基本周期，它在一定程度上考虑了高振型的影 响。自适 应 侧 向 荷 载 模 式 可 采 用 振 型 分 解 谱 平 方 和 开 平 方 （ SRSS） 计算结构各层层间剪力的方法或者根据结构侧移或振型 的变化调整结构侧向力分布。
2 模型概况
图 1 -１ 层～５ 层的结构布置图 塔楼的剖面如图 2，图 3 所示。
图 2 ６ 层以上标准层的结构布置图 采用 PUSH＆EPDA 软件进行 Push-over 分析，模型如图 4 所 示。分别对结构两个主轴方向进行静力弹塑性分析。在分析的 过程中，采用弹性 CQC 加载方式，并且考虑结构的 P-Delta 效应。