PERFORM-3D在超限高层建筑结构
某超限框架剪力墙结构中的框架柱在罕遇地震作用下的压弯性能评价
作者简介:孙政（1984-），男，安徽铜陵人，硕士，国家一级注册结构工程师，国家注册土木工程师（岩土），工程师。
研究方向：抗震性能分析。
摘要:利用PERFORM-3D 软件，采用动力弹塑性时程分析方法，文章对上海某超限框架-剪力墙结构进行了动力弹塑性时程分析，对其中的框架柱在变形较大的shx4波作用下的压弯性能进行了评价，并判断符合“大震不倒”的抗震性能目标。
关键词:PERFORM-3D ；动力弹塑性；性能目标中图分类号:TU398+.2文献标志码:A文章编号:1007-7359(2019)04-0095-02DOI :10.16330/ki.1007-7359.2019.04.039分析方法为动力弹塑性时程分析法。
在软件中输入地震波数据，通过逐步积分，求得在地面运动加速度的每一时刻结构的弹塑性反应，得到结构的内力和变形在地震作用下随时间变化的全过程。
该方法可以完整的考虑到地震反应过程中地震波的幅值、频谱特性和持时三要素的影响，也完整的考虑了结构的动力特性。
分析软件采用了Computer and Structures,Inc 的三维非线性结构分析软件PERFORM-3D 。
该软件具有完善的模型库，稳定可靠的算法。
特别是PERFORM-3D 还体现了基于性能的抗震设计的思想(Performance Based Seismic Design)，其结果可以用来判断结构是否能实现预设的抗震性能目标。
采用弹性杆+转角型塑性铰模型，柱端形成塑性铰的准则是在三维空间中代表柱端轴力和双向弯矩的点(P,M1,M2)位于柱端PMM 屈服面上，如图1所示。
该结构按7度设防，场地土类别为Ⅳ类，设计地震分组为第一组，特征周期为0.9s 。
前三阶振型如图2所示，周期分别为：3.02（X 向）、2.71（Y 向）、2.11（扭转）。
图2PERFORM-3D 前三阶振型从结构的水平主轴方向输入变形较大的上海波-shx4波，水平方向地震波输入方向于结构坐标系一致。
PERFORM-3D技术报告
PERFORM-3D技术报告引言报告中主要就以下几个问题进行了阐述：1梁和柱在PERFORM-3D中如何模拟，总的来说可以采用两种方法，一个为采用塑性铰的形式，此时塑性铰的骨架曲线需要人为的输入；另一个就是采用纤维截面来模拟，这时程序可以通过材料的性质来自动确定截面的性质。
特别对于钢骨混凝土和钢管混凝土形式的梁柱截面，如果采用塑性铰来模拟其塑性，需要输入这些截面塑性铰的骨架曲线，骨架曲线的来源为实验或者截面计算工具；或者采用纤维截面来模拟，这时程序可以通过材料的性质来自动确定截面的性质；2 剪力墙的模拟，对于轴力和弯矩效应采用纤维截面来模拟，对于剪切效应采用钢筋混凝土综合的一个剪切材料来模拟；3 PERFORM-3D中实现Pushover分析方法的技术细节；4 PERFORM-3D中实现动力弹塑性分析方法的技术细节。
1 钢筋混凝土梁柱的模拟1.1混凝土梁的定义和实现过程：A定义截面尺寸，截面尺寸为矩形和工字形可以直接输入参数就可以，截面属性可以自己定义，对于其他形状可以通过输入截面属性的形式来进行定义，这里以矩形截面为例：输入截面尺寸，可以自动计算截面属性，需要输入弹性模量、泊松比，剪切模量可以自动换算；确定非线性强度，在这一步需要输入屈服弯矩，此弯矩和配筋率有关；程序本身不能计算屈服弯矩，需要人为确定。
1.2 定义截面的塑性铰特性这里采用FEMA BEAM，CONCRETE形式：可以选择我们前一步定义的截面RCBEAM弹性刚度可以读过来，不用人工输入；Basic F-D关系，FU值可以从截面定义的数中读到，需要输入X点的转角；指定强度损失，需要人为的输入L，R点的转角和FR/FU的值。
变性能力和FEMA规范的IO，LS，CP几个阶段对应。
1.3混凝土梁构件的形成通过以上A，B，C三步混凝土梁组件就建立完成。
1.3 钢筋混凝土柱的模拟和钢筋混凝土梁的模拟类似，只是在定义塑性铰时采用P-M-M形式。
超高层建筑结构 benchmark 模型及其地震反应分析
超高层建筑结构 benchmark 模型及其地震反应分析吕西林;姜淳;蒋欢军【摘要】参照上海中心，根据设定的性能目标设计了一个超高层建筑结构的benchmark 模型用于超高层建筑结构抗震研究。
该结构总高度为606．1 m，抗震设防烈度为7度，场地类别为 IV 类，设计分组为第一组。
该结构采用巨型框架－核心筒－伸臂桁架钢－混凝土混合结构体系，8道环带桁架将结构分为9个区，环带桁架与型钢混凝土巨柱共同构成了巨型框架结构体系，并通过6道伸臂桁架与核心筒相连，共同承受水平荷载。
利用 PERFORM－3D 软件建立了结构的非线性数值计算模型，对结构进行了弹塑性地震反应分析，验证了结构的抗震性能。
计算结果表明，满足现行设计规范的该超高层结构在大震作用下具有较大的安全余量。
%This paper proposes a benchmark model of mega-tall buildings for investigating the seismic performance.The structure is designed based on the prototype of Shanghai Tower with the specific seismic performance objective.The total height of the structure is 606.1 m,with the seismic fortification of intensity of 7.The soil type is IV,and the seismic design class is the 1st class.The mega frame-core tube with outriggers steel-concrete composite structure system is adopped.The structure is divided into 9 zones by 8 belted trusses which form the mega frame system together with SRC mega-columns.The mega frame is connected to the core tube with 6 outrigger trusses,resisting the lateral load together.The elasto-plastic analysis of the model is conducted to validate the seismic performance by using PERFORM-3D software.The result shows that thestructure which meets the requirements of the current design code has a considerable safety margin under severe earthquakes.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】8页(P100-107)【关键词】超高层建筑;Benchmark 模型;抗震性能;数值模拟【作者】吕西林;姜淳;蒋欢军【作者单位】同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092;同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092;同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092【正文语种】中文Abstract This paper proposes a benchmark model of mega-tall buildings for investigating the seismic performance．The structure is designed based on the prototype of Shanghai Tower with the specific seismic performance objective．The total height of the structure is 606．1 m，with the seismic fortification of intensity of 7．The soil type is IV，and the seismic design class is the 1st class．The mega frame-core tube with outriggers steel-concrete composite structure system is adopped．The structure is divided into 9 zones by 8 belted trusses which form the mega frame system together with SRC mega-columns．The mega frame is connected to the core tube with 6 outrigger trusses，resisting the lateral load together．The elasto-plastic analysis of the model is conducted tovalidate the seismic performance by using PERFORM-3D software．The result shows that the structure which meets the requirements of the current design code has a considerable safety margin under severe earthquakes．Keywords mega-tall building，benchmark model，seismic performance，numerical simulation随着我国经济的快速发展，超高层建筑结构普遍出现在我国的各大城市，超高层结构的抗震问题也成了学术界研究的一个热点。
某超限高层建筑复杂连体结构设计分析
某超限高层建筑复杂连体结构设计分析摘要:某连体建筑两侧塔楼体型差异较大，为超限高层复杂连体建筑，采用框架-剪力墙+连体桁架的结构体系。
针对连体桁架结构选型进行优化分析，针对连体结构整体模型，进行小震弹性分析、中震性能化验算和大震动力弹塑性分析。
随后对连体结构的关键问题进行了研究，包括关键构件和节点的设计、抗连续倒塌能力以及大震下结构的变形和损伤情况。
分析结果表明，超限高层复杂连体结构的结构体系合理，具有较好的整体性，关键构件和节点的设计均能达到预设的性能目标，且连体结构具有较好的抗连续倒塌能力。
关键词:超限高层建筑；复杂连体结构;；连体桁架；抗连续倒塌1工程概况某工程是集生态绿化、文教科研、商务办公为一体的生态科研开发区。
本项目为其中6号楼的一个超限高层结构单元，主要功能为科研办公。
建筑室外地面至结构主屋面高度33.9m。
地上8层，层高均为4.2m，下部5层为两塔楼，在地上6层至屋面范围相连，连体跨度36m。
地下2层为大底盘地下室，地下2层、地下1层层高分别为6.0、3.9m。
建筑平面布置和剖面图见图2、3。
该项目抗震设防烈度为7度(0.10g)，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，2022年2月通过超限高层抗震设防专项审查，目前处于施工阶段。
虽然复杂连体结构有大量实际工程案例，但本项目有以下特殊性:1)连体两侧结构体型相差较大，两侧结构单元轴网尺寸分别为27.0m×42.75m、35.0m×18.0m;2)连体部分轴网尺寸为27.0m×36.0m，与两侧塔楼相比，体量大;3)⑥轴位于建筑内部房间，不能有斜向杆件穿越，导致连体桁架布置不对称。
2结构选型2.1主体结构体系分析针对两侧塔楼不对称、连体体量大的特点，主体结构采用框架-剪力墙结构体系。
通过剪力墙调整两侧塔楼振动形态及变形;利用剪力墙刚度，调整楼层上下刚度比，减少连体结构引起的刚度突变;设置剪力墙使整个结构具有抗震二道防线，提高结构冗余度。
超限高层建筑工程结构设计导则-上海住房和城乡建设管理委员会
丁洁民卢文胜全涌朱春明扶长生李亚明张红缨周建龙 郑琼钱江钱建固翁大根曹莹鲍小平瞿革
目次
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总则 .............................................................................................................................................. 1 术语和符号 .................................................................................................................................. 2 2.1 术语..................................................................................................................................... 2 2.2 主要符号............................................................................................................................. 2 超限高层建筑工程的认定 .......................................................................................................... 4 3.1 建筑物高度超限的认定和控制 ......................................................................................... 4 3.2 建筑物规则性超限的认定和控制 ..................................................................................... 5 3.3 其它类型的超限高层建筑工程 ....................................................................................... 10 结构抗震概念设计及基本要求 ................................................................................................ 11 4.1 抗震概念设计................................................................................................................... 11 4.2 结构体系的基本要求 ....................................................................................................... 12 基于性能的抗震设计基本要求 ................................................................................................ 16 5.1 地震动水准和地震动参数 ............................................................................................... 16 5.2 抗震性能水准和抗震性能目标 ....................................................................................... 16 5.3 结构抗震验算................................................................................................................... 17 结构计算分析的基本要求 ........................................................................................................ 20 6.1 一般要求........................................................................................................................... 20 6.2 高度超限工程的要求 ....................................................................................................... 22 6.3 平面规则性超限时的要求 ............................................................................................... 22 6.4 立面规则性超限时的要求 ............................................................................................... 22 6.5 屋盖超限工程的要求 ....................................................................................................... 24 结构抗震加强措施 .................................................................................................................... 26 7.1 高度超限结构的抗震加强措施 ....................................................................................... 26 7.2 平面不规则结构的抗震加强措施 ................................................................................... 27 7.3 竖向不规则结构的抗震加强措施 ................................................................................... 27 7.4 屋盖超限结构的抗震加强措施 ....................................................................................... 30 结构隔震和消能减震设计 ........................................................................................................ 31 8.1 一般要求........................................................................................................................... 31 8.2 结构隔震设计................................................................................................................... 32 8.3 结构消能减震设计 ........................................................................................................... 33 地基基础的设计要求 ............................................................................................................... 35 9.1 高度超限时的要求 .......................................................................................................... 35 9.2 规则性超限时的要求 ...................................................................................................... 35 9.3 有液化土层和软弱土层时的抗震措施 .......................................................................... 35 9.4 桩-土-结构相互作用计算分析 ....................................................................................... 36
超限高层建筑结构设计重难点分析
超限高层建筑结构设计重难点分析城市对建筑结构设计的要求逐渐提升，不仅要求实用与美观共存，更要满足城市人口不断增加对居住环境的要求。
因此，为满足居民与经济发展对建筑的要求，产生了超限高层建筑结构设计，不仅可以节约土地空间，更成为城市的靓丽风景线，满足城市化发展的需求。
标签：超限高层;建筑结构设计;重难点为满足城市化发展对建筑结构设计的需求，本文针对新时期超限高层建筑结构设计中的重难点进行主要分析，以促进城市超限高层建筑效率，满足城市人口的迫切需求，从而提高城市化发展进程。
1 超限高层建筑结构体系概述在高层建筑中，抗侧力结构体系的选择与组成成为高层建筑结构设计的首要考虑及决策重点。
当抗侧力体系决定后，水平构件体系的大格局便已确定，当然楼盖布置的细节也可再进一步进行推敲，因其其也有可能会反过来对抗侧力体系产生影响。
目前应用于高层建筑的主要结构体系主要有以下几种：1.1框架结构。
其基本组成构件为梁与柱，框架结构的优点是建筑平面布置较为灵活，结构受力简洁而清晰，施工也较为方便;且在抗震设计中，其延性较好，耗能能力也较强，因此，具有很好的抗震性能。
通常使用的柱网间为5-9m，而当采用预应力和钢骨混凝土的结构时，柱距大于等于15。
如果建筑物较高时，应该考虑建筑结构设计的主控因素（风荷载和地震作用），其缺点是抗侧刚度较弱，所以需要设计较大截面的梁、柱才能满足变形要求，这样会影响建筑的使用空间;另一个考虑对象是非结构构件的填充墙，其变形性能比框架差很远，且框架结构变形较大时，容易损坏。
1.2剪力墙结构。
其最大特点就是抗侧刚度大和承载力高。
一般而言，布置合理的剪力墙结构，会有较强的抗震和抗风能力。
在众多大地震中，剪力墙结构出现破坏的较少，表现出了其良好的抗震性能。
而其缺点则是自重大和刚性大以及延性差，并且对水平荷载也只能“硬碰硬”，所以剪力墙结构的周期较短，地震惯性力也较大。
剪力墙的间距一般较小，为3-8m，因此，其平面布置不够灵活，建筑空间受限制。
PERFORM-3D(CKSSalon)理论与工程实例建模与计算简化
PERFORM-3D (CKS Salon)理论与工程实例建模与计算简化WSP HONG KONG LTD
香港科进顾问有限公司
Dr Dino, Chen Xuewei
陈学伟博士
自研发的MESAP小程序发布的ETO程序
让我了解常用的宏观单元的原理
PERFORM-3D建模技巧
模型的重要次序
1.结构总质量，总刚度，阻尼
2.重力总荷载
3.构件的弹性材料与截面
4.构件的单元采用与划分
5.截面(材料)本构中的承载力
6.截面(材料)本构中的延性数据
7.截面(材料)本构中的滞加参数
越来越高深
越来越不重要*材料本构的滞回准则的某个参数
增加采用弹性楼板，型钢混凝土构件，
Blind Analysis Contest足尺振动台试验模型
THE END
PS:很多资料在可以下载。
超限高层设计笔记
4.小震弹性时程分析
YJK实操
1、上部结构计算—弹性时程分析
2、计算参数—添加地震波—自动筛选
3、打勾：
• a/有效持续时间不小于5倍基本周期 • b/有效持续时间大于15s • c/单条地震波基底剪力满足规范要求 • d/地震波组合平均基底剪力满足规范要求
大震
2
3
4
5
5.中震大震性能设计
关键构件
关键构件
根据项目对照高规3.11.2条文说明所列构件。
关键构件： a、底部加强部位的重要竖向构件（底部加强区剪力墙）； b、水平转换构件及其相连竖向支承构件（框支柱、框支梁）； c、大跨连体结构的连接体及其相连的竖向支承构件； d、大悬挑结构的主要悬挑构件； e、加强层伸臂和周边环带结构的竖向支承构件； f、承托上部多个楼层框架柱的腰桁架； g、长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱； h、扭转变形很大部位的竖向（斜向）构件； i、重要的斜撑构件；
5 个别屈服 抗剪不屈服 较多屈服 保证抗剪截面 较多屈服 保证抗剪截面 弹塑性分析
5.中震大震性能设计
性能目标
词语解析
个别：5%以下，部分：30%以下，较多：30%以上。 弹性：计算结果不红，按计算结果配筋。 不屈服：计算结果不红，按计算结果配筋。 可屈服：计算结果可红。 抗剪不屈服：计算结果箍筋不红，按此结果配筋。 保证抗剪截面：计算结果箍筋不红，但不按此结果配筋。
人工波有效持续时间不足
1、生成时长足够的人工波。（弹性时程分析—人工波生成）