超高层连体结构弹塑性时程分析_王红军张达生杨竟

Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting February 2014
第 36 卷第 1 期
王红军，等： 超高层连体结构弹塑性时程分析
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连接体本身刚度较弱，无法协调主体结构共同工作， 故连接体与塔楼采用弱连接。连接两塔楼的连廊， 一端支承于塔楼钢骨柱的钢牛腿上，采用成品滑移 支座，释放其水平约束。另一端支承于钢骨柱的钢 牛腿上，采用成品铰支座，释放转动。同时在钢牛腿 上设置挡板从而进一步对连廊进行位移限制，保证 连廊不滑出牛腿。连廊跨度 22. 5m，桁架立面图详 见图 2。
超高层连体结构弹塑性时程分析
王红军，张达生，杨 竞（ 中信建筑设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014）
［提 要］ 本文以一超高层连体结构实际工程为例，采用 Midas Building 有限元软件对该结构进行详细弹塑性时程计算分 析，采用了单体和连体 2 种计算模型。由计算结果知，该结构塔楼单体模型最大弹塑性层间位移角为 1 /102，连体为 1 /135，均 满足规范要求的最低标准 1 /100。并对该工程结构构件进行抗震性能评价，2 种计算模型剪力墙、框架柱、连接体构件均未屈 服，连梁与框架梁出现塑性铰，但均未达到 CP 状态。从 2 种计算模型损伤结果来看，该连体结构应采用 2 种计算模型的包络 进行设计。 ［关键词］ 超高层连体结构； 弹塑性时程分析； 抗震性能评价
C2. 1 中提供的单轴受压曲线。图 4 给出了混凝土 的本构关系。
图 3 钢筋本构关系 Fig． 3 Ｒeinforcement constitutive
图 2 连廊桁架立面图 Fig． 2 The elevations of corridor truss
2 设计依据 （ 1） 自然条件 基本风压： ω0 = 0. 35kN / m2 地震烈度： 本地区地震基本烈度为 6 度，设计地
［收稿日期］ 2013-09-04
图 1 塔楼标准层结构平面布置 Fig． 1 The structure layout of standard floor
使用要求，在 21、36、50 层设置 1 层连廊。商业裙房 地上 5 层，与两塔楼之间设置抗震缝，整体地下室有 3 层。因连体部位相邻两侧主体结构刚度相近，而
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第 36 卷第 1 期
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表 2 塔楼（ 连体） 时程分析与反应谱分析底部剪力比较 Table 2 The comparison base share between time history analysis and response spectrum analysis of the conjoined tower
（ 4） 时程分析与反应谱法基底剪力对比 按照《建筑抗震设计规范》的要求，采用 5 条三 向天然波和 2 条三向人工波进行双向地震弹性时程 分析，并与安评反应谱分析进行对比，验证选取地震 波的适用性。时程分析与反应谱分析底部剪力比较 见表 1 ～ 表 2。由表中结果可知，每条时程曲线计算 所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结 果的 65% ，多条时程曲线计算的结构底部剪力的平 均值不小于振型分解反应谱法计算结果的 80% ，从 而说明时程波选取合适，满足规范要求。
图 10 天然波 No4 频谱特征 Fig． 10 The spectral characteristics of natural wave No4
图 7 天然波 No1 频谱特征 Fig． 7 The spectral characteristics of natural wave No1
图 11 天然波 No5 频谱特征 Fig． 11 The spectral characteristics of natural wave No5
（ 1） 本构关系 钢筋一般采用双折线模型，屈服前后刚度不同， 屈服后的刚度使用折减后的刚度。设定钢材的强屈 比为 1. 2，屈服后弹性模量比 E2 / E1 = 0. 01，极限应 变为 0. 025。本构关系曲线见图 3。 混凝土材料采用弹塑性损伤模型，可考虑材料 拉压强度的差异、刚度的退化和拉压循环的刚度恢 复。其轴心抗拉强度和抗压强度标准值按照《混凝 土结构 设 计 规 范》（ GB 50010-2010 ） 附 录 表 采 用。 混凝土 材 料 本 构 关 系 采 用 （ GB 50010-2010 ） 附 录
第 36 卷第 1 期 2014 年 2 月
工程抗震与加固改造 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting
Vol. 36，No. 1 Feb． 2014
［文章编号］ 1002-8412（ 2014） 01-0010-08
DOI： 10. 3969 / j． issn． 1002 － 8412. 2014. 01. 002
图 6 标准双折线 Fig． 6 Normal Bilinear
（ 3） 地震波 依照抗震规范要求，本工程选用了 5 组天然地 震动记录（ No1、No2、No3、No4 和 No5） 和 2 组人工 波（ No6 和 No7） 。图 7 ～ 图 13 分别给出了 7 组地震 波对应的加速度谱（ 5% 阻尼比） ，频谱分析表明所 选地震波频谱特性满足要求。按照规范要求，本文
［中图分类号］ TU313
［文献标识码］ A
Elastic-plastic Analysis of the Super High-rise Connected Structure
Wang Hong-jun，Zhang Da-sheng，Yang Jing
（ CITIC General Institute of Architectural Design And Ｒesearch Co． Ltd，Wuhan 430014，China）
震基本加速度值为 0. 05g，设计地震分组为第一组， 特征周期为 0. 35s。拟建场地土类型属中硬土，场 地类别属Ⅱ类。
（ 2） 国家现行规范、行业标准以及地区标准。 3 结构计算分析
采用 Midas Building 对该工程进行了弹塑性时 程分析。计算中采用分块刚性楼板加弹性板（ 连体 部位和大开洞部位） 模型，计算分单塔和连体 2 种， 由于地上部分塔楼和裙房间直接设置了抗震缝，可 以不考虑裙房对塔楼的影响。
图 5 修正武田三折线 Fig． 5 Modified Takeda Trilinear
图 8 天然波 No2 频谱特征 Fig． 8 The spectral characteristics of natural wave No2
图 9 天然波 No3 频谱特征 Fig． 9 The spectral characteristics of natural wave No3
E-mail： whj032004@ 163． com
1 工程概况 本工程由一Baidu Nhomakorabea裙房商场和两栋超高层住宅楼组
成。两塔楼均为地上 51 层，高度 162. 3m，标准层结 构布置基本相同，平面布置见图 1，为钢筋混凝土框 架-剪力墙结构体系，框架柱下部 25 层采用钢骨混 凝土柱。主要剪力墙厚度底部为 700mm，向上依次 减为 600mm、550mm、500mm、400mm，电梯筒和楼梯 间剪力墙为 250mm 和 200mm。框架柱底层采用的 钢骨柱截面为 850 × 1300，往上变为混凝土柱截面 为 800 × 1300，依 次 变 截 面 为 800 × 1200、800 × 1000。墙柱混凝土强度等级为 C60 ～ C40。为满足
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工程抗震与加固改造
2014 年 2 月
进行了三向时程分析，各分析工况均采用三向输入， 主、次方向及竖向地震波强度比按 1 ∶ 0. 85 ∶ 0. 65 确 定，罕遇地震峰值加速度取 130. 0gal（ 根据安评报告 取值） 。
Abstract： In this paper，an actual engineering of super high-rise connected structure as an example，by using the finite element software of Midas Building，the plastic time-history of the super high-rise connected structure is analyzed and calculated in details，by using two calculation models of monomer and connector． Based on the calculation results，the plastic interlayer maximum displacement angle of monomer model is 1 /102，and the connector model is 1 /135，both meet the specification required minimum standard 1 /100． And making seismic performance evaluation of the structural elements for the project，the shear wall，frame column and connecting body member of the two calculation did not yield，the related beam and frame beam appear plastic hinge，but both did not reach the status of CP． The damage results from the two calculation models show that the design of the connected structure should be designed envelop by the two calculation models． Keywords： super high-rise connected structure； plastic time-history analysis； seismic performance evaluation
图 12 人工波 No6 频谱特征 Fig． 12 The spectral characteristics of artificial wave No6
图 13 人工波 No7 频谱特征 Fig． 13 The spectral characteristics of artificial wave No7
图 4 混凝土本构关系 Fig． 4 Concrete constitutive
（ 2） 塑性铰模型 用 M-Θ 弯矩旋转角铰模型模拟框架梁和连梁 的塑性变形，梁铰定义了剪力铰 Fy、Fz，弯矩铰 My、 Mz。用 M-Φ 弯矩-曲率铰模型模拟框架柱的塑性变 形，柱铰 定 义 了 轴 力 铰 Fx，剪 力 铰 Fy、Fz，弯 矩 铰 My。钢桁架分 2 种单元来定义，其中弦杆采用梁单 元来定义，腹杆钢支撑采用非线性桁架单元，只具有 轴向受拉或受压的非线性特性。混凝土梁柱单元的 铰特性采用修正武田三折线，钢构件非线性铰特性 采用标准双折线，曲线图见图 5 ～ 图 6。 非线性墙构件由多个墙单元构成，每个单元又 被分割成具有一定数量的竖向和水平向的纤维，每 个纤维有一个积分点，剪切变形则计算每个墙单元 的 4 个高斯点位置的剪切变形。考虑到墙单元产生 裂缝后，水平向、竖向、剪切方向的变形具有一定的 独立性，Midas Building 的非线性墙单元不考虑泊松 比的影响，假设水平向、竖向、剪切变形相互独立。