某超高层罕遇地震弹塑性分析

【摘要】通过采用大型有限元通用软件对一栋高度约263m超B级高度的超限高层建筑进行了罕遇地震弹塑性时程分析,以了解结构在罕遇地震下的弹塑及结构在罕遇地震下的整体控制指标，保证结构大震不倒。本工程采用的框架核心筒结构形式具有较高的抗震承载力和延性,能够满足"大震不倒"的建筑抗震设防目标。

【关键词】时程分析 ， ABAQUS有限元通用软件 ， 罕遇地震弹塑性分析

【 abstract 】 this paper analyzes the use of a large finite element general software house about 263 m super high grade B high overrun highrise Abraham met earthquake the elastic-plastic time history, in order to understand the structure of the rarely met earthquake in the elasto-plastic behavior and structure under severe earthquake in Abraham the overall control index, ensure structural not strong earthquakes. The project in the framework of the core tube structure has higher seismic bearing capacity and ductility, can satisfy the "strong earthquakes is not" building seismic fortification goal.

【 key words 】 time history analysis, ABAQUS finite element general software, of the rarely met earthquake elasto-plastic analysis

中图分类号：P315.9文献标识码：A文章编号：

一.工程概况

本工程建筑用地面积54，265㎡，总建筑面积为675，244㎡，其中地下建筑面积191，544㎡，地面以上51层，其中1至4层为裙房部分，5至51层为塔楼部分，地面以上建筑物总高度为263.40米。地面以下3层主要为停车库及设备用房，地下2、3层局部为核六级人防地下室。抗震设防烈度为七度，Ⅲ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.1g，特征周期0.45S，50年基本风压0.5 kN/㎡，抗震设防分类为丙（裙房乙类）类。

二. 结构特点

（1）本工程为高度263.4m的超B级高层建筑。结构标准层平面近似成矩形,由钢管混凝土柱和核心筒组成一个双重抗侧力体系。

（2）核心筒由沿Y向布置五个工字型墙组成，沿弱轴X向腹板墙长11米，

翼缘墙长约5米，墙之间连梁连接。

（3）强轴（Y向）与弱轴（X向）的长度比约1.42，周期比约0.72，两向刚度差异较大。

（4）结构4层楼板大开洞，约占楼面面积三分之一，跨层柱高12米。

（5）第7层、第23层和第38层为结构X向加强层，每层分别布置了6道V型斜撑。

标准层平面图 结构整体模型图

三. 分析模型、方法、软件及分析步骤

3.1分析模型

在本工程的非线性地震反应分析模型中, 所有对结构刚度有贡献的结构构件均按实际情况模拟。该非线性地震反应分析模型可划分三个层次: (1)材料模型；(2)构件模型；(3)整体模型。 由材料的本构特性加构件的截面几何参数得到构件模型, 构件模型通过节点的几何连接形成了整体模型。

3.2分析方法

采用弹塑性时程分析方法，该方法未作任何理论的简化，直接模拟结构在地震力作用下的非线性反应。

（1）几何非线性：结构的动力平衡方程建立在结构变形后的几何状态上，“P-∆” 效应，杆件的非线性屈曲被精确考虑。

（2）材料非线性：直接在材料的点的应力-应变关系水平上模拟。

（3）动力方程积分方法：显式积分。

3.3 分析软件

采用基于大型有限元通用程序，面向高层建筑弹塑性时程分析应用的二次开发程序GSEPA。GSEPA 所用的求解器是大型有限元通用软件 ABAQUS/STANDARD 和ABAQUS/EXPLICIT。

3.4 分析步骤

3.4.1 施工摸拟加载

通过单元的“生”与“死”来实现施工阶段的结构受力模拟。第一步先建立整个模型，然后将第一阶段施工以外的构件“杀死”，求得第一阶段结构的应力状态。依此步骤，再逐步“放生”各施工阶段的构件，从而求得结构在施工完成后的应力状态。施工过程分析是一个高度非线性求解过程，是属于“状态”非线性的一种。

3.4.2 动力特性

按照施工模拟加载顺序施加竖向恒载和活荷载，并考虑施工找平的影响对相应杆件作了处理之后，求得的结构的前六阶振型图。

3.4.3 地震加载

按照抗震规范要求，罕遇地震弹塑性时程分析所选用的单条地震波需满足以下频谱特性：

（1）特征周期与场地特征周期接近；

（2）最大峰值符合规范要求；

（3）持续时间为结构第一周期的5～10倍；

（4）时程波对应的加速度反应谱在结构各周期点上与规范反应谱相差不超过20%。

根据提供的安评报告，对罕遇地震验算选择一组人工波和二组天然波作为非线性动力时程分析的地震输入，三向同时输入，计算持时取40s；罕遇地震条件下水平方向PGA调整为220gal，竖向调整为143gal。

人工地震波为与设计目标反应谱相符的人工模拟地面加速度时程。该强震记录有三向地面加速度分量，由两个水平分量和一个垂直分量组成。根据《建筑抗震设计规范》的建议，在所采用的这组人工地震记录中, 这三个分量峰值加速度采用以下比值：X:Y:Z=1.0:0.85:0.65。对该强震地面加速度记录,用这三个分量进行放大,以达到所需的地面水平加速度峰值(PHGA)并使这三个分量峰值加速度的比值符合前述的比值要求。

四.弹塑性时程分析结果

4.1整体计算参数和结果汇总

本工程采用ABAQUS进行计算。各构件基本信息如表4.1。

原始计算模型在第一组天然波X主方向罕遇地震下，结构X向的位移及位移角较大，计算模型作以下修改，重新计算第一组天然波X主方向，作为参考。

1）6层、22层和37层托斜撑梁截面改为1000x1500,配筋率改为2.5%；

2）20-55层剪力墙混凝土强度等级改为C50；

表1.2是结构在三向地震作用下的弹塑性分析整体结果汇总对比，每项均给出各主方向的三向计算结果，未注明的结果均为ABAQUS计算的结果。

4.2顶点位移和基底剪力时程结果

模型在施加地震荷载前已按模拟施工