超限高层剪力墙结构弹塑性动力

低温建筑技术2012年第11期（总第173期）

超限高层剪力墙结构弹塑性动力分析

桂国强1

，陆

晖2

，程

柯

3

（1.华森建筑与工程设计顾问有限公司杭州分公司，杭州310012； 2.浙江绿城建筑设计有限公司，杭州310012；

3.浙江大学建筑设计研究院，杭州310012）

【摘要】应用MIDAS BUILDING 结构软件对一个高层剪力墙结构进行了罕遇地震下的动力弹塑性分析。

给出了结构在实际地震作用下的动力响应及各部位、构件的塑性发展情况，对结构的抗震性能做出评价，并对工程设计给出改进建议。

【关键词】高层剪力墙结构；动力弹塑性分析；塑性铰【中图分类号】TU973.16

【文献标识码】B

【文章编号】1001－6864（2012）11－0088－021

工程概况

项目位于6度地震区，设计地震分组第一组。塔楼结构屋面高度128m ，

顶部5.5m 高的机房层。地下2层，地上45层，裙房1层，塔楼标准层层高为2.9m ，高宽比约为8.5。本工程为剪力墙结构。MIDAS BUILDING 建立的三维有限元模型如图1所示。超限情况：①扭转不规则，

考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2；②奇数层楼板开洞面积大于30%，有效楼板宽度小于50%；③塔楼左侧架空三层，跃层剪力墙高度约为11m 。相邻层的质心相差较大

。

2分析方法

本工程采用弹塑性动力时程分析方法。具有完全的动

力时程特性，直接输入地震波。考虑了几何非线性、材料非线性，可准确模拟结构的破坏情况。分析软件采用MIDAS BUILDING （2012）。MIDAS BUILDING 是MIDAS 公司2009年推出，应高层结构设计需求打造的一款软件

［1］

。

（1）

材料模型。本工程混凝土本构关系采用

GB50010－2010《混凝土结构设计规范》附录C 中的单轴受压应力－应变本构模型；钢筋采用双折线本构模型；剪切本构关系采用剪力退化（三折线）模型。

（2）

滞回模型。滞回模型是动力弹塑性分析的基本

参数。本工程钢筋混凝土构件采用了修正武田三折线模型（多轴铰：P －M 相关型）。

（3）

单元弹塑性模型。程序采用了具有非线性铰特

性的梁柱单元及带洞口的基于纤维模型的非线性剪力墙单元。梁单元公式使用了柔度法，梁柱单元考虑了P －Δ效应。

（4）

地震波的选择。按抗震规范

［2］

要求，计算罕遇地

震作用时，

特征周期应增加0.05s 。基于本工程所在场地土的具体情况（三类场地，第一组），选择两条天然波TH1TG050，TH2TG050和一条人工波RH1TG050进行动力弹塑性时程分析。计算时将输入地震加速度的最大值调整

为125cm /s 2

，与抗震规范所要求大震作用下的地震加速度

的最大值相符。持续时间为结构自振周期的5倍以上。

（5）

计算方法。本工程非线性方程计算采用直接积

分方法，采用完全牛顿－拉普森法进行迭代收敛计算直至满足收敛条件。3

计算结果及性能评价（1）

结构整体抗震性能指标。在选取的三组罕遇地

震波弹塑性时程分析中，

x 向最大层间位移角为天然波TH1TG050作用下达到1/303，如图2所示。满足规范限值1/120的要求，结构未出现倒塌现象，实现了大震不倒的设防目标。最大层剪力如图3所示

。

（2）

框架梁、连梁及剪力墙塑性发展情况。以天然波

TH1TG050作用下为例，分析出铰顺序、铰分布和结构损伤。图4为框架铰的出铰顺序。初始阶段，框架梁和连梁处于开裂阶段。3.4s 楼层顶端连梁开始屈服，并逐步向下楼层发展。18s 连梁全部屈服，

框架梁也部分屈服。屈服数量达到总数的12.4%，开裂比例达到80.1%，并未有梁达到极限状态。

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