广东建材２０１７年第３期 工程试验与研究 超高层钢筋混凝土空间网格盒式 成束筒结构动力弹塑性分析 陈佳琪 （广东省建筑设计研究院） 【摘 要】本文主要以某拟建工程为例，采用Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ软件对新型钢筋混凝土空间网格盒式“成 束筒’’结构进行大震下的动力弹塑性时程分析，得到各地震波下的楼层位移、层间位移角和楼层剪力， 并对结构进行性能分析。结果表明，在大震作用下，该结构仍具有较好的刚度，大部分构件处于弹性阶 段，可满足所设定的性能目标。 【关键词】钢筋混凝土；网格盒式成束筒结构；动力弹塑性；抗震性能 １工程概况 变形与强度的限制极限状态对复杂结构进行静力和动 力弹塑性分析，对整体结构、构件、材料进行性能评估， 湖北襄阳市的某拟建超高层住宅建筑，该建筑是以 其性能主要基于ＡＴＣ４０和ＦＥｒｎ４—３６５或ＡＳＣＥ４１—０６进行 工业石膏为填充墙体，一梯四户，建筑平面尺寸为 评估［ 。 ３０．Ｏｍ×２５．Ｏｍ，内核心筒尺寸为ｌ０．Ｏｍ×５．９０ｍ，高度为 １ｌ１．６ｍ，共３６层，层高为３．１ｍ，地下室２层，总建筑面 ２．１．１本构关系 本工程钢筋本构关系采用理想二折线本构关系曲 积约为２５６５０ｍｚ，结构平面布置图如图１所示。该住宅建 筑采用新型钢筋混凝土空间网格盒式成束筒结构ｎ 进 线，不考虑材料的硬化阶段。混凝土本构关系是现行《混 行设计，有必要对其进行动力弹塑性分析。 规》［４３附录Ｃ所规定的混凝土单轴本构关系曲线，采用 Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ程序中的“ＹＵＬＲＸ’，凰架曲线进行拟合简化， ｌ。．一 ．－１ＩＨｒ ｉ ＩＬ— 且只考虑混凝土的抗压强度，不考虑混凝土的抗拉强 度。 ［ ｒ ｒ ｊ ， 廿Ｈ卜 ｋ 一 一 ２．１．２单元模型 对于梁单元，本工程采用塑性区模型模拟，梁的弯 。Ｉ ｌ 曲特性按纤维截面模拟，剪切特性按弹性本构关系模 士 士 ＝］ｌ亡 二］８［ ＝＝ 拟，即“纤维塑性区＋弹性杆件＋纤维塑性区”，塑性区 Ｊ千 ＿●－—— 千 千 ± 『广叶ｔ ［ ］厂 长度为梁高的一半，而连梁的两端添加剪切强度截面。 对于柱单元，本工程采用塑性区模型模拟，柱的轴 ２５００ｘ１２＝３０ｏ∞ Ｉ力和双向弯曲特性按纤维截面模拟，剪切特性按弹性本 图１结构平面布置图 构关系模拟，即“纤维塑性区＋弹性杆件＋纤维塑性 ２动力弹塑性分析 区”，塑性区长度为柱较长边的一半，在中部添加剪切 （Ｖ—Ｖ）强度截面。 本工程将采用Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ软件对该结构进行动力 对于墙单元，本工程采用剪力墙单元（竖向一维纤 弹塑性分析，评估在大震作用下结构的变形性能，确定 维单元）模拟剪力墙平面内的压弯特性，而平面外弯曲 结构的薄弱环节，避免在大震作用下结构倒塌。 特性、剪切特性和扭转特性均按弹性本构关系模拟，塑 ２．１弹塑性模型建立 性区高度为层高。剪力墙与梁的连接采用内嵌梁连接。 Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ三维空间结构非线性分析软件是一个 ２．２地震波的选取与输入 致力于抗震非线性分析和性能评估的专用软件，是基于 本工程选取１组人工波和２组天然波进行大震下 一３７— 工程试验与研究 ０ ２５０ ０・Ｉ５Ｏ 广东建材２０１７年第３期 ０ｌ２５ ０ ０７５ ｏｏｏ ． Ｉ ’Ｉ ６ －・０００ ．． ． 野…加 ６０’ 量 －０．０７５ ０ｌ２５ ’．０ｌ５０ （ａ）人ｒ＝波ＲＧＢ （ｂ）天然波ＲＳＮ６（Ｉｍｐｅｒｉａｌ Ｖａｌｌｅｙ一０２） （ｃ）人然波ＲＳＮ６８（Ｓａｎ Ｆｍ’ｎａｎｄｏ） 图２地震波时程曲线图 的动力弹塑性分析。按现行《抗规》 ５．１．２条及条文说 明规定，对应６度（０．０５ｇ）多遇地震加速度峰值为 ０．０１８ｇ， 遇地震加速度峰值为０．１２５ｇ。根据场地婴求 和结构周期等因素，从太平洋地震研究『１ｌ—ｔｌ，选取天然地 震波，经弹性时程计算，选取满足《抗规》 １５．１．２条要求 的地震波，Ｉ＝！ＩＪ ｌ组人工波和２组双分量的天然波，符合 表１各构件的变形性能 条件的地震波时程曲线图，如图２所示。 为了确保地震波的适用性，对所选的地震波进行傅 ２．４模态分析 通过模态分析，得到结构的前 阶振型 ，如图４ 刁 ，将三种软件Ｓｔａｗｅ、Ｅｔａｂｓ平Ｈ Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ的前３ 里叶变换，将地震波的反应谱频谱特性与规范大震反应 谱【Ｉ【ｌ线在结构各个卞要周期点进行对比，地震波反应谱 的 均值与规范人震反应谱曲线在结构第‘刷期（Ｔ１） 与第三周划（Ｔ３）内吻合程度很好，相差不大于２０％，如 图３所示。 — 周期进行对比，振犁丰要形状基本吻合，剧期比较接近， 相差在５％内，结构的白振特性符合计算要求，如表２所 ｔ 。 －Ｉ 。 ｎ． ｌ ｙ。Ｉ５ ｜ 一 Ⅱ ．壤 、、一 一 ＿—’—一 ———～ Ｏ 时闸＾ 第一振 第 振型 第三振犁 图３各地震波与设计反应谱对比图 图４前三阶振型图 表２结构的自振特性对比 在进行地震波输入时，天然地震波具有双分最，选 取 个水平方向记录中加速度峰值最＿人的方向作为主 向，按６皮（０．０５ｇ）所对应的地震加速度峰值０．１２５ｇ进 行ｌＪ Ｊ ｌＩ速度峰值调幅，另一水平方向的加速度峰值按相同 的比例调整。人工波的输入是按ｌ（水平ｌＩ１：向）：０．８５（水 平次向）的比例进行输入。 ２．３结构性能目标 按现行《高规》旧１３．１ １．１条及条文说明规定确定该 结构的抗震性能目标为Ｄ，罕遇地震下的结构抗震性能 水准为５，！Ｊ！ＩＪ结构的最人层问位移角不应大于１／１２０，各 ３主要计算结果 通过动力弹 性分析，可得到各工况下的卡要计算 结果，如表３所示，楼层位移曲线、层问位移角曲线和楼 层剪力曲线，分别如图５至图７所示。呵知，楼层位移与 构 ：的变形性能，如表１所示。 一３８ 广东建材２（）１ ７年第３期 力 ｝楼Ｊ 皮分 较均 Ｊ，无突变，埘ｌＩ．山：人 Ｊ、ｌ＿ＩＪ他 ６０００ 工程试验与研究 移『『Ｊ为 ２ｌ９小Ｊ 《Ｉ 、 》‘ 所 规定的 仙１．１２０， 亥 构的 ｆ４ｚｌｘｊ ｒＪ Ｊ￣较人，』Ｉ仃较人发个储矫，能ｑ箩满足“人 ５０００ 小ｆ５＝ｌＪ”的抗 砹防 求。 ／ ， ．ｔ ’ ， ｔ ，ｏ｛， ｒ ’ｔ・ｒ－ｒ ・ｒｔ，，．，，． Ｒ（ｊＢ ・ ＲＳＮ６ ： Ｉ ＳＮ６８ 。 … ：Ｉ ５０ ３００ ４５０ 摧Ｊ ｆ ＃ Ｉ ｉｉ ｂ）Ｙ 图５楼层位移曲线 ． ｛ ＲＧＢ、 ３（）｛ ｊ ’ ３０１・ＲＳＮ６、 ｛ 、． ｛，ＲＳＮ６ｇ ～｛ ，・・ ． ， ’・ｕ｛，． 一ｍ｛。１ ．／ ． ｔ ｊ ．．．．’ ・ＲＳＮ６ｇ ｆ 一‘。 ｌ】上＿＝— 一一 Ｕ＋—— ————一一 ０ ０００（）０ ００２５ ｏ ００５０ ０ ００００ ０ Ｏ０＿５ 』 卅ｆ＃ｆｎ 』ｆ ｝；ｆ （ａ）Ｘ （ｂ）Ｙ Ｉｆ＇Ｊ 图６层间位移角曲线 Ｌ——一， ，———，———— ——— ———：——— ——— ０ ４５０（） ９０００ ４５０（） Ｏ０００ １ ３５００ 俊』 ＪＪ，ｋＮ Ｊ 。。刈 ｋＮ （ａ）Ｘ ｌ』１ ＿（『１）Ｙ阳 图７楼层剪力曲线 表３主要计算结果 ４结构性能评价 ４．１结构耗能 Ｊ 确幅，水丈选取』 Ｊ 人Ｉ 波ＲＧＢ 川卜的能 Ｅ ｊ［分ｎ Ｉ冬Ｉ，＆［】ｌ ８ ，Ｊ 。ＩＩ】ｌ ｕＪ‘ ｌＩ， ｒＩ ｌＥｆｊ皂足：最多 的；结构的能 分 ｉ 为模态 尼牦能； 构构什人 慨 ７ｓ一～１２ｓ ｍＪ进入叫 ｒｌ 托能，ｆｔ－１ 卜 ｌ￡能 Ｉ』１‘ ４（）｛】ｆ】 Ｅ ｚ ３０００ 毒 ００ ２０｛／０ １０００ ¨ ４“ ｌ０ｌ ｌ４ Ｉ ｂ Ｉ８：” ¨ …Ｊ ５图｝｛能量耗散分布图 ４．２结构性能水准 Ｊ＝编幅，小艾选 【Ｉ 人ｌ 波 ｌ｛ 川卜 埔、 架柱平ｌ ｌ梁的１０状态抗 变形 能ｌ ，女ＪＪ罔９ 所小 ｌｌｔ ， Ｊ‘ ， Ｊ埔ｎ，Ｊ抗弯薄 ｉｄＡ，／．１ 集，Ｉ Ｊ 构呔 ｊ， 址 ¨ｌ乏 艘 深，执ｊ。 变肜山｛人ｆｊＩ｛ ＿划 ０．２—０．４ ＴＯ状念０．００：３ 值， 人 分处ｒ弹 阶段， 。仃邑水准处Ｊ ｌ０阶段： 托的 ： ’薄弱部化 １ 蛆 【ｌ】十结构・ｌｌ 核心 周 和厄Ｊ ＩＪｆｌ＇ 架梁的 化，… 小川 瞍的 Ｉ服，抗 变形敲人似 剑０．１～ ０．６ ｆ １０状态０．００ ４ ｆＩＩ【＿， 架¨人 分处ｒ弹一Ｐ＇ｌ－Ｉ￣ｈ 段， 能水准处 １０阶段：框架梁的抗ｊ。 薄刺部位１ 婴 ｑ ・ｔ Ｊ 核一 简近｛受Ｉ１，Ｊ 『 讧平＿】 ，Ｊ１ Ｊ 边『ｌ，Ｊ ｊｆ ，｝１｛现 川 Ｊ业 ＪＪ［｛， ，１－ 框架梁 一 发 较深，抗：。 变，ｌ『＿ｊ三 ｌ ｉ人似 剑０．６～０．８ ｆ １ ０状念０．００５ ｆ ，一 能 水玳处ｊ ＩＯ阶段。ＩｔＪ ， 人嵌作川１ ｆｌ｛彩町 构 什仍ｊＩ仃较高的赞余Ｊ延，人 分构什处Ｊ ｌ ，Ｉ＇ＬＩＳ＃段，】 ｌＩ＿ 构ｉ＇ｌ＜ｊ变形 ｉ能 能｝ 好地满足所 定的Ｉ，Ｐ＇Ｌ￣Ｌ－ＦＩ 。 （ａ） 尚 （ｆ１］ 架柱 （（・）机梨 图９各构件Ｉ（、）状态抗弯变形性能图 ５结论 小文采川Ｐｅｒｌ’Ｏｌ’ｌＩ１ ３１）软件建、 阳 ， １ 人【 波和２ 人然波 …输入下，埘 构上』［ｆＪ：人震下 ～３９ 工程试验与研究 广东建材２０１７年第３期 托梁截柱在框架结构中的安全性分析 王飞 （广州大学土木工程学院） 【摘 要】本文以广州某酒店托梁截柱工程实例为背景，通过计算托梁截柱结构内力变化并结合 本加固改造工程的特点，利用ＰＫＰＭ建立模型，分析验算了截柱前和截柱后的内力变化，通过增大截 面一外粘钢板组合加固法的ＡＢＡＱＵＳ有限元分析并对本工程全过程监测数据整理分析，证明结构是否 满足大空间使用功能的要求，保证加固构件内力计算的可靠性。 【关键词】ＰＫＰＭ软件；托梁截柱；加固ＡＢＡＱＵＳ软件 １引言 随着建筑使用时问延长，建筑自身老化、自然灾害 层地下室），现需将一层改为会议室，需加大空问，将原 首层三根柱进行托换拆除，对二层结构加固处理。 本 改造工程结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构，柱下 采用独立基础，地下室层高４８００ｍｍ，第一层层高 ４８００ｍｍ，第二层层高３９００ｍｍ。现根据业主要求，首层使 用功能改变，需要将首层的三根柱子拆除以满足新使用 功能。采用托换大梁对原二层结构、基础进行加固处理， 其中基础采用微型钢管桩和锚筋式承台加固，现已完成 相关基础加固、混凝土强度达到设计要求。待截断的柱 子尺寸６００×６００ｍｍ，此３跨（轴线２、３、４）的框架梁截面 尺寸ｂ×ｈ＝３００×８００ｍｍ，截柱后纵向跨度９０００ｍｍ。 和人为损伤等原因，给混凝土结构带来各种安全和使用 问题，因此，有必要进行有效的加固处理叫，才能保证建 筑安全稳定，否则，就有可能产生安全事故。“托梁截柱” 是通过截除柱子加固梁来实现大空间的加固思路在一 定范围内，托梁截柱是完全改变了结构传力途径，计算 简图大大发生变化，结构内力也发生变化“托梁截柱” 是加固工程中常见的加固方法，通过截断承重柱来满足 人们对大空间的要求。 ２工程概况 该酒店改造工程，其原设计为两层框架结构（有一 ３ ＰＫＰＭ建模分析及结构内力验算 改造后的模型即在原结构模型的首层截除３根柱 的动力弹塑性分析，得到以下结论： 构件仍处于弹性阶段，具有较高的赘余度，而结构的变 （１）在整个分析过程中，结构的整体变形并没有出现 形性能也很好地满足大震作用下所设定的性能目标。● 不可恢复的变形，楼层位移沿楼层高度变化较均匀，而 且最大层间位移角为１／２１９小于《高规》的限值１／１２０， 【参考文献】 具有一定的安全储备，结构仍具有较好的刚度。 （２）在大震作用下，结构在Ｘ、Ｙ向的基底剪力最大值 分别约是小震下基底剪力的５．８倍和６．３倍，即在大震 作用下，结构的刚度没有出现明显下降。 一［１］王其明，马克俭，陈志华，孙涛．钢筋混凝上密肋网格式框架 核心简结构体系性能分析［Ｊ］．建筑结构，２０１３，４３（７）：３４～３７． ［２］陈佳琪，马克俭，申波．超高层钢筋混凝土空间网格盒式成束 筒结构性能分析［Ｊ］．建筑结构，２０１５，４３（７）：ｌ２—１６． 『３１ ＰＥＲＦＯＭＲ一３Ｄ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ Ｖｅｒｓｉｏｎ ５：Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ （３）结构的能量耗散以模态阻尼耗能为主，其次为应 变能，塑性耗能所占的比例较小，结构大部分构件基本 处于弹性阶段。 ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｆｏｒ ３Ｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｍ］．ＣＳＩ， ２０１１． ［４］ＧＢ５００１卜２０１０，混凝土结构设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工 （４）结构的梁、柱屈服构件的变形绝大部分没有达到 业出版社，２０１０． ５］ＧＢＳＯ０１卜２０１０，建筑抗震设计规范［Ｓ］．北京：中同建筑工业 ＩＯ状态限值，个别层间框架梁的变形接近１０状态的限 ［ 值；剪力墙构件进入塑性程度较低，变形远小于ＩＯ状态 出版社，２０１０．６］ＪＢＪ３－２０１０，高层建筑混凝土结构技术规程［ｓ］．北京：中国建 限值，基本处于弹性。因此，在大震作用下，该结构只是 ［出现轻微破坏，仍具有良好的抗震性能，大部分可屈服 一筑工业出版社，２０１０． ４（）
