广东南海国际建筑设计有限公司
摘要：借助建筑结构通用有限元软件PKPM/PUSH&EPDA，对某高层剪力墙结构进行了Pushover分析，并通过性能点、变形情况等，对结构的抗震性能进行了综合评价。
关键词：Pushover；静力弹塑性分析；大震
本工程项目位于佛山市南海区。如图1.1，拟建33层办公楼，结构高度152.40米。首层层高6.00m，二~三层层高6.0m，其中二十二层层高为3.6m（避难层），其余各层层高为4.50m。按规范要求的“大震不倒”的抗震设防目标，采用EPDA&PUSH程序对结构在预估罕遇地震作用下进行静力弹塑性分析。
Pushover分析是评价结构的变形性能的方法之一，理论依据主要来自FEMA-273和ATC-40。FEMA-273是美国联邦紧急事务管理署（Federal Emergency Management Agency）对于建筑物结构及其性能表现为基准的抗震评估方法，主要目的是为了对建筑物抗震和加固提供一套分析方法和标准。它依据不同的地震等级与建筑物性能表现等级制定不同的修复目标，建筑物的性能等级则代表建筑物遭遇地震后可维持的功能，共分4个等级：正常使用，可立即使用（IO），生命安全（LS），建筑物不倒塌（CP）。ATC-40采用承载力谱法，先建立5%阻尼的线弹性反应谱，再用能量耗散原理降低反应谱值，并以此估计结构的非线性位移。其加载分为两步进行，第一步为施加重力荷载代表值，并在后续施加水平荷载过程中保持恒定，第二步为逐步施加竖向分布模式为倒三角形的水平荷载。
图1.1
Pushover分析后会得到如图1.2所示的加速度-位移能力谱曲线。根据结构耗能情况会得到弹塑性需求谱曲线。两个曲线的交点就是针对该地震作用结构所能发挥的最大内力及最大位移点。当该交点在目标性能范围内，则表示该结构设计满足目标性能要求。
图 1.2
IO = 直接居住极限状态（Immediate Occupancy）
LS = 生命安全极限状态（Life Safety）
CP = 坍塌防止极限状态（Collapse Prevention）
图 1.3 FEMA-273对构件塑性铰的描述
进行弹塑性分析时，对于钢筋混凝土构件，常采用如下基本假定：
（1）平截面假定：使用宏单元分析方法中，假定构件正截面变形后保持平面，截面应变为直线分布，且钢筋与混凝土之间不发生相对位移。
（2）塑性铰假设：构件的塑性主要发生在塑性铰上，且事先指定可能发生塑性铰的位置。
（3）材料的应力-应变关系：假定钢材的应力-应变为理想弹塑性，混凝土材料可选择不同的模型。
FEMA-273中提供了多种受力形式的塑性铰本构关系，用本构关系中的多个关键点对构件的塑性铰进行了不同阶段的描述，如图1.3，B点表示构件本构关系进入塑性，塑性铰开始出现；C点表示承载力极限点；在B点和C点之间又分为图中所示三种状态，在C点之后，构件被认为只剩下残余承载力。
通过计算得出结构的能力谱曲线以及结构在其性能点处的相关技术指标，如图1.4-1.5（本文仅列出X向）及表1.1所示。
注意：荷载与X轴方向夹角0°时即荷载沿X方向加载，荷载与X轴方向夹角90°时即即荷载沿Y方向加载。
针对静力弹塑性分析的计算结果做出如下分析：
1、在罕遇地震下，性能点处各层弹性位移角最大值均小于1/150，符合广东省《高规》第3.11.4条对C级抗震性能目标时结构的层间弹塑性极限位移角的规定。因此，结构可实现“大震不倒”的抗震设防目标。
2、当荷载沿X向加载推覆时，塔楼左下区的梁端最先出现塑性铰，然后底部楼层个别剪力墙在推覆方向一侧的墙肢也逐渐出现裂缝。在性能点处，塔楼推覆方向一侧的部分墙肢出现了损坏，同时大部分连梁、框架梁出现了塑性铰，但整个过程中，底部加强区的竖向构件均保持了轻微或无损伤的状态。
3、当荷载沿Y向加载推覆时，结构的响应与X向基本类似。不同的是，荷载沿Y向加载推覆时，墙肢裂缝的发展更强烈，墙肢损坏范围也相对广。
根据静力弹塑性分析（Pushover）的结果，对底部剪力墙进行加强处理。适当提高底部墙体的配筋率，以增加结构的延性，避免出现屈服破坏。
参考文献：
[1]《高层建筑结构计算分析实用指南》焦柯 赖鸿立 吴桂广 著
[2]《实用高层建筑结构设计》 傅学怡 著
[3]《分析软件PUSH & EPDA（2010 版V3.1）用户手册及技术条件》 中国建筑科学研究院 著
论文作者:冯念平
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第24期
论文发表时间:2019/6/20
标签：塑性论文; 荷载论文; 结构论文; 性能论文; 构件论文; 位移论文; 静力论文; 《建筑细部》2018年第24期论文;