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【摘要】介绍了Perform-3D的在工程中应用状况和我院编写的Perform-3D快速建模辅助程序的主要功能,针对沈阳福佳金融大厦项目,利用Perform-3D快速建模辅助程序进行动力弹塑性分析。此程序在建模速度和建模准确性上的优势,具有较好的应用前景。
【关键词】Perform-3D;性能目标;动力弹塑性时程分析;辅助程序
引言
PERFORM-3D三维结构非线性分析与性能评估软件,以结构工程概念为基础,分析结果和后处理结果符合工程师对结构性能设计方法的理解。因其独特的优势,PERFORM-3D在超限高层结构设计分析与校核领域已得到广泛应用与认可[1]。
但PERFORM-3D中构件的非线性参数的指定是极其复杂和繁琐的。为了提高建模的效率和准确性,我院在尚春雨博士的领导下,编制了PERFORM-3D快速建模辅助程序[1]。
1 程序主要功能
利用现有商业化的接口转换效果可以极大的提高建模效率,模型转换主要流程:
YJK—ETABS(V9.7.4)—SAP2000(V 14.2.4)—(采用Perform3D快速建模辅助程序)—Perform-3D(v5.0)。Perform3D快速建模辅助程序可以自动或通过人工干预实现以下功能:(1)自动调动SAP2000等实现几何模型导入到Perform3D(2)混凝土和钢材的本构关系的导入(3)剪力墙施工图的整理和导入(4)梁柱施工图的整理和导入(5)将非线性属性赋值给空间几何模型(6)自动实现分析参数输入和批量后处理。
2 工程概况
福佳金融大厦项目为办公楼,地上45层(结构层46层),地下3层,地上建筑由A、B、C三座塔楼组成。A、B号楼结构型式为框架-核心筒结构,地上部分互为镜像关系,主体结构45层178.85米,本工程嵌固端取在地下一层顶,1层层高分别为6.0米,2~4层层高4.8米,标准层层高为3.85米,其中15层、30层为避难层,层高为4.2米。标准层平面尺寸为52m×34.2m,±0.000以上A、B号楼和C号楼之间采用防震缝分开。经SATWE分析第一周期T1=5.217s,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》条文说明应采用弹塑性时程分析。
3 性能目标
本工程抗震性能目标取为C,具体要求为:小震下层间位移角为1/684,结构构件弹性;中震下底部加强部位竖向构件满足抗剪弹性,偏拉偏压不屈服,其他竖向构件满足不屈服,外框梁满足不屈服要求,其他框架梁和连梁允许部分屈服;大震下层间位移角限值为1/100,允许部分构件屈服,墙肢及框架柱满足受剪截面控制条件[2]。
4 动力弹塑性分析
本工程采用PERFORM-3D对主体结构进行动力时程分析,模型中采用施工图的构件截面、实配钢筋和型钢,利用Perform-3D快速建模辅助程序实现了分析模型与施工图的完美匹配。
结构的性能水平分为四个阶段:充分运行阶段(OP)、基本运行(IO),生命安全(LS)、接近倒塌(CP)。充分运行阶段相当于小震弹性承载力计算阶段。基本运行阶段即工程界常用的“中震不屈服”阶段,生命安全及接近倒塌阶段,结构已明显进入弹塑性阶段,需要进行考虑各种构造情况下构件滞回性能的弹塑性分析,才能得到合理的预期结构弹塑性评估。框架梁柱构件、连梁及剪力墙构件均采用纤维模型,可通过纤维应变监测得到构件的能力需求比值,楼层层间位移角的限值为:1/100,材料的应变限值按中国规范《混凝土结构设计规范GB50010-2010》取值[3]。
本工程对模型的初始刚度进行模态分析,计算模型的自振周期及总质量与SATWE计算结果进行比较,第一周期P-3D为5.169s,SATWE为5.217s,第二周期P-3D为4.32s,SATWE为4.238s,第三周期P-3D为4.11s,SATWE为4.043s;结构总质量P-3D为103875t,SATWE为104109.8t。
输入的地震加速度时程曲线时程分析时主分量峰值加速度取220cm/s2。采用一组人工波及二组天然波,三组波均能满足规范小震时程分析的要求[4]。计算得到罕遇地震作用下基底剪力平均值X方向46758.4kN,Y方向52738kN,分别为多遇地震基底剪力的3.3倍和3.86倍。分析得到三条波的层间位移角最大值:X向1/223,Y向1/210。
5 分析结果说明
本工程通过基于纤维模型宏观单元及塑性铰单元理论,结合性能分析软件PERFORM-3D,对结构进行弹塑性分析。
(1)结构在大震作用下整体变形最大层间位移角,满足规范要求;
(2)由于Y方向核心筒连梁较少, 故在大震作用下,Y方向剛度退化较X方向少,基底剪力较大;
( 3) 在大震作用下 X方向核心筒连梁, 全部楼层进入塑性,连梁塑性能得到充分发展,起到很好的耗能能力, 结构体系X方向刚度退化较大;
( 4) 在大震作用下, X、Y方向剪力墙内钢筋均未发生屈服,剪力墙混凝土未发生受压破坏,剪力墙剪切应力远小于其抗剪承载能力。
结构整体可满足罕遇地震作用下结构抗震性能水准4的要求[5]。
6 结语
采用尚春雨博士编写的Perform-3D快速建模辅助程序实现了基于Perform-3D软件的快速建模,大大的提高的建模的速度和准确性,并实现了真正的按照实配钢筋进行弹塑性时程分析,拓展了弹塑性时程分析的应用范围。
参考文献
[1]尚春雨,丰茂东.Perform-3D快速精确建模及实例详解[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[4]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[5]金廊5号南部地块商业A、B号楼及C号楼项目初步设计抗震设防专项审查意见.
【关键词】Perform-3D;性能目标;动力弹塑性时程分析;辅助程序
引言
PERFORM-3D三维结构非线性分析与性能评估软件,以结构工程概念为基础,分析结果和后处理结果符合工程师对结构性能设计方法的理解。因其独特的优势,PERFORM-3D在超限高层结构设计分析与校核领域已得到广泛应用与认可[1]。
但PERFORM-3D中构件的非线性参数的指定是极其复杂和繁琐的。为了提高建模的效率和准确性,我院在尚春雨博士的领导下,编制了PERFORM-3D快速建模辅助程序[1]。
1 程序主要功能
利用现有商业化的接口转换效果可以极大的提高建模效率,模型转换主要流程:
YJK—ETABS(V9.7.4)—SAP2000(V 14.2.4)—(采用Perform3D快速建模辅助程序)—Perform-3D(v5.0)。Perform3D快速建模辅助程序可以自动或通过人工干预实现以下功能:(1)自动调动SAP2000等实现几何模型导入到Perform3D(2)混凝土和钢材的本构关系的导入(3)剪力墙施工图的整理和导入(4)梁柱施工图的整理和导入(5)将非线性属性赋值给空间几何模型(6)自动实现分析参数输入和批量后处理。
2 工程概况
福佳金融大厦项目为办公楼,地上45层(结构层46层),地下3层,地上建筑由A、B、C三座塔楼组成。A、B号楼结构型式为框架-核心筒结构,地上部分互为镜像关系,主体结构45层178.85米,本工程嵌固端取在地下一层顶,1层层高分别为6.0米,2~4层层高4.8米,标准层层高为3.85米,其中15层、30层为避难层,层高为4.2米。标准层平面尺寸为52m×34.2m,±0.000以上A、B号楼和C号楼之间采用防震缝分开。经SATWE分析第一周期T1=5.217s,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》条文说明应采用弹塑性时程分析。
3 性能目标
本工程抗震性能目标取为C,具体要求为:小震下层间位移角为1/684,结构构件弹性;中震下底部加强部位竖向构件满足抗剪弹性,偏拉偏压不屈服,其他竖向构件满足不屈服,外框梁满足不屈服要求,其他框架梁和连梁允许部分屈服;大震下层间位移角限值为1/100,允许部分构件屈服,墙肢及框架柱满足受剪截面控制条件[2]。
4 动力弹塑性分析
本工程采用PERFORM-3D对主体结构进行动力时程分析,模型中采用施工图的构件截面、实配钢筋和型钢,利用Perform-3D快速建模辅助程序实现了分析模型与施工图的完美匹配。
结构的性能水平分为四个阶段:充分运行阶段(OP)、基本运行(IO),生命安全(LS)、接近倒塌(CP)。充分运行阶段相当于小震弹性承载力计算阶段。基本运行阶段即工程界常用的“中震不屈服”阶段,生命安全及接近倒塌阶段,结构已明显进入弹塑性阶段,需要进行考虑各种构造情况下构件滞回性能的弹塑性分析,才能得到合理的预期结构弹塑性评估。框架梁柱构件、连梁及剪力墙构件均采用纤维模型,可通过纤维应变监测得到构件的能力需求比值,楼层层间位移角的限值为:1/100,材料的应变限值按中国规范《混凝土结构设计规范GB50010-2010》取值[3]。
本工程对模型的初始刚度进行模态分析,计算模型的自振周期及总质量与SATWE计算结果进行比较,第一周期P-3D为5.169s,SATWE为5.217s,第二周期P-3D为4.32s,SATWE为4.238s,第三周期P-3D为4.11s,SATWE为4.043s;结构总质量P-3D为103875t,SATWE为104109.8t。
输入的地震加速度时程曲线时程分析时主分量峰值加速度取220cm/s2。采用一组人工波及二组天然波,三组波均能满足规范小震时程分析的要求[4]。计算得到罕遇地震作用下基底剪力平均值X方向46758.4kN,Y方向52738kN,分别为多遇地震基底剪力的3.3倍和3.86倍。分析得到三条波的层间位移角最大值:X向1/223,Y向1/210。
5 分析结果说明
本工程通过基于纤维模型宏观单元及塑性铰单元理论,结合性能分析软件PERFORM-3D,对结构进行弹塑性分析。
(1)结构在大震作用下整体变形最大层间位移角,满足规范要求;
(2)由于Y方向核心筒连梁较少, 故在大震作用下,Y方向剛度退化较X方向少,基底剪力较大;
( 3) 在大震作用下 X方向核心筒连梁, 全部楼层进入塑性,连梁塑性能得到充分发展,起到很好的耗能能力, 结构体系X方向刚度退化较大;
( 4) 在大震作用下, X、Y方向剪力墙内钢筋均未发生屈服,剪力墙混凝土未发生受压破坏,剪力墙剪切应力远小于其抗剪承载能力。
结构整体可满足罕遇地震作用下结构抗震性能水准4的要求[5]。
6 结语
采用尚春雨博士编写的Perform-3D快速建模辅助程序实现了基于Perform-3D软件的快速建模,大大的提高的建模的速度和准确性,并实现了真正的按照实配钢筋进行弹塑性时程分析,拓展了弹塑性时程分析的应用范围。
参考文献
[1]尚春雨,丰茂东.Perform-3D快速精确建模及实例详解[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[4]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[5]金廊5号南部地块商业A、B号楼及C号楼项目初步设计抗震设防专项审查意见.