某超高层建筑静力弹塑性推覆分析

某超高层建筑静力弹塑性推覆分析

朱伟锋

广东中山建筑设计院股份有限公司

此项目位于广东省中山市，地下1层，地上共32层，总高度144.6m，结构类型为部分框支剪力墙结构，其中第2层楼面为转换层楼面。场地抗震设防烈度为7度，设计分组为第1组，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅲ类。抗震等级：三层及三层以下为一级，三层以上为二级。

建筑物标准层结构布置如下图所示：

分析模型与计算假定：

分析软件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 。PUSH程序是一个完全三维的有限元空间弹塑性静力分析程序，非线性梁（柱）构件单元采用标准的有限元方法（微观方法）构造，单元切线刚度直接基于混凝土材料微元和钢筋材料微元的本构关系，这种模型通常被称为纤维束模型。非线性墙单元面内刚度采用平面应力膜，可考虑开洞，面外刚度相对次要，用简化的弹塑性板元考虑。

对于本构模型，混凝土受压考虑SAENZ曲线，忽略混凝土受拉能力；钢筋采用理想弹塑性曲线。

PUSH分析参数设置如下图所示：

    强度准则：

采用构件承载力极限值进行计算，材料强度取平均值。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010（2015版））附录C第C.1.1条，取钢筋，混凝土强度变异系数分别为0.06，0.10，则混凝土强度fm/fk=1.20，钢筋强度fm/fk=1.10。

参考广东省标准《建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程》（DBJ/T 15-151-2019）附录D第D.3.1条的Kent-Scott-Park模型及常规Mander模型，对于约束混凝土强度延性提高系数，取1.20。

参考美国应用技术委员会编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》（ATC-40），构件塑性铰的位移限值如图1。其中，取B=0.70，IO=0.75，LS=0.85，CP=0.95，C=0.99，D=1.1.，E=1.30。

图1 构件塑性铰的位移限值

PUSH分析结果：

分析结果表明，塔楼能够达到罕遇地震下的性能目标，在0°、90°、180°、270°方向最大弹塑性层间位移角均小于规范限值1/65，满足抗震性能目标。结果如表6.5.5及图6.5.4-2~6.5.4-5所示。

如图6.5.5-6~6.5.5-13所示，分别为0°、90°、180°、270°在性能点的出铰情况。

以0°推覆作用为例，结构的性能点出现在第62计算步。

观察梁出铰过程，在第19计算步时，结构小部分梁开始屈服，进入B-IO段；在第32计算步，进入CP点以后的梁逐渐增多；到第62计算步（性能点），约34%的结构梁出现塑性铰。

观察柱出铰过程，在第23计算步，开始有边框住部分进入B-IO段；在第34计算步，进入CP点以后的柱逐渐增多，到第62计算步（性能点），约22%的结构柱出现塑性铰。

观察墙破坏情况，在性能点时并无墙元钢筋应变破坏。在第62计算步（性能点），底部个别落地剪力墙出现屈服，进入C-D段全楼墙肢约93%保持在A-B段。

从图中可以看出结构的构件的破坏主要集中在楼梯、电梯间以及端部剪力墙的受拉边，表现为受拉破坏；其他各层的剪力墙也都出现不同程度的受拉损伤；部分连梁及框架梁出塑性铰。

针对推覆结果，设计采取以下加强措施：底部加强区剪力墙竖向水平分布筋的配筋率不小于0.3%，约束边缘构件及构造边缘构件之间设两层过渡层，适当提高楼梯、电梯间处边缘构件纵筋配筋率。

图6.5.4-1 0° 向Pushover分析参数设置示意图

表6.5.4 大震作用下计算结果对比

静力弹塑性推覆分析小结

结构具有较大的承载力及较好的延性，呈现出“强转换层以下竖向构件，弱以上剪力墙”，能够满足“大震不倒”的抗震性能目标。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范(GB50010-2010) (2015年版) [S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2] 建筑抗震设计规范(GB50011-2010) (2016年版) [S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3] 建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程（DBJ/T 15-151-2019）[S].中国城市出版社，2019.

[4]《混凝土建筑抗震评估和修复》 [R]（ATC-40）