设置支撑框架-剪力墙结构静力弹塑性分析
设置支撑的框架-剪力墙结构的静力弹塑性分析
设置支撑的框架-剪力墙结构的静力弹塑性分析摘要：本文采用大型有限元软件SAP2000对某设置支撑的框架-剪力墙结构进行Pushover分析，分析表明，只要支撑设计合理，可以和连梁一样作为抗震的一道防线，在大震的作用下首先发生破坏，通过破坏耗能，吸收大量地震作用，同时，支撑的破坏也降低结构的整体刚度，减弱了地震作用。
从而大大提高了结构的抗震性能。
关键词：支撑，框架-剪力墙，Pushover分析，抗震性能一引言随着人们对结构体系研究的深入，带支撑的框架-剪力墙结构体系在结构抗震设计中得到推广和应用，该体系的主要特点是用框架和支撑代替框架-剪力墙结构中的某些剪力墙，并保证其总体抗侧刚度和原本的框架-剪力墙抗侧刚度相差不大，支撑可以灵活调整结构的局部刚度，并能有效的协调各部分构件的共同工作，而且方便控制塑性铰出现的部位，构成“强柱，中梁，弱连梁，弱支撑”等几道抗震防线[1]，保证结构具备足够刚度的同时也有良好的延性，完全满足规范要求的三水准目标，即使在罕遇地震的作用下，也可以通过支撑的屈服破坏耗能，同时也减少了结构的总体刚度，减弱了地震作用，使结构拥有良好的抗震性能。
本文通过对该类结构工程实例的静力弹塑性分析来了解设置支撑对框架-剪力墙结构的改善作用。
二工程介绍及模型建立1工程概况工程实例是位于盘锦市的某综合性建筑，平面形状是长方形，结构尺寸轮廓是57.6m×18.6m，具体柱网尺寸如下图1、所示。
结构总高度为97.4m，地下一层，地上24层，地下一层为停车库，层高为5.45m，1-3层为餐饮、商业区，层高为4.5m，4层为设备层，5层以上为办公及商业用房，层高为3.6m，24层以上还有两层造型屋顶，忽略不计。
支撑尺寸为220×20。
图1 结构平面布置图2建立模型本文采用SAP2000作为分析工具，各个构件主要采用以下各种单元：框架柱：采框架单元，指定PMM铰；框架梁：采用框架单元，指定弯曲铰M3铰；连梁：弯曲铰和剪力铰；剪力墙：分层壳单元，采用分层壳模拟其非线性。
框架-剪力墙结构静力弹塑性简化分析模型探讨
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框架结构抗震设计—静力弹塑性分析法
框架结构抗震设计—静力弹塑性分析法发表时间：2016-03-23T10:17:14.637Z 来源：《基层建设》2015年26期供稿作者：田宝银[导读] 西南交通大学希望学院静力弹塑性分析法（Push-Over）是一种基于性能的抗震设计方法，已被越来越多的人认可和使用，本文重新梳理了Push-Over方法的水平加载原理及方法，明确了能力谱和需求谱及性能点三者的关系和意义。
西南交通大学希望学院摘要：静力弹塑性分析法（Push-Over）是一种基于性能的抗震设计方法，已被越来越多的人认可和使用，本文重新梳理了Push-Over方法的水平加载原理及方法，明确了能力谱和需求谱及性能点三者的关系和意义。
利用框架结构的Push-Over曲线，介绍结构的性能点，并对结构的抗震能力进行验证，判断其抗震性能。
关键词：静力弹塑性分析（Push-Over分析）；框架结构；能力谱；需求谱；性能点1引言近年来，地震一次又一次袭击我们的家园近，2008年发生在四川汶川的8.0级大地震，死亡人数69227人，直接经济损失8451亿；2015年发生在尼泊尔的8.1级大地震，死亡人数8219人，直接经济损失348.84亿。
这一组组触目惊心的数据，都无时无刻不在警告我们工程人员，良好的抗震减震设计和优异的施工质量是当前中国乃至全世界都应该做到的，这样可以保证我们的房屋、桥梁及隧道做到大震不倒、中震可修、小震不坏。
如何提高建筑物的抗震能力、是否有更先进的抗震设防理念，是摆在科研工作者面前最急迫也是最艰难的问题。
抗震设计分析大致经历了一下几个阶段，静力理论阶段、反应谱理论阶段、动力理论阶段及基于性能的抗震设计理论阶段。
基于性能的抗震设计理论中最主要的两种设计方法是：一、弹塑性时程分析法；二、静力弹塑性分析理论（Push - Over法）。
静力弹塑性分析理论作为一种简单而有效的抗震设计理论已越来越被广大科研人员和设计人员所接受。
广大科研人员已经将其应用于房屋建筑、桥梁及其他结构的抗震设计中。
带高位转换层的框支剪力墙结构静力弹塑性分析
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摘
要 以某 带高位转换 层 的框 支剪 力墙结 构为 背景 ， 整 体计 算 分析 、 从 转换 层 结 构设 计 、 弹性地 震 反
应 分析 的角度 出发 ， 为详细地介 绍 了该类型 结构 的设 计 思路 及 方法 ， 较 然后 对该 案例 结构进行 了静 力弹
塑性 （ ｕｈ ｖｒ 分析 ， 出了侧 推过程 中结 构基底 剪力 一顶点位 移 曲线和 层 间位 移 角变化 情 况 ， 比较 Ｐ ｓｏｅ） 给 在 结构的 能力曲线和 需求谱 基础上 ， 通过 性能 点以及 出铰情 况 ， 对其 抗震 能力进 行 了分析 ， 综合 评价 了其 抗 震性 能 ， 出 了结构 的薄弱部 位 ， 出了值得 注 意的 关键 问题及 解 决 问题 的措 施 ， 究结 果 可供 实 际 找 提 研 ５ 程参考 。 － 关键词 框 支剪力墙 ， 转换 层 ，弹 塑性 分析 ， 力谱 ，需 求谱 能
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某超高层框支剪力墙结构的静力弹塑性分析
某超高层框支剪力墙结构的静力弹塑性分析【摘要】复杂的超高超限高层建筑结构需要进行弹塑性分析及计算来验证其是否满足抗震设防要求。
本文以深圳某超高层框支剪力墙结构为例，用三维弹塑性分析软件GSNAP进行了静力弹塑性分析，对结构的整体反应结果和构件损伤情况进行了分析和评估，用详细的量化指标验证了该结构能够在罕遇地震水平下实现“大震不倒”。
【关键词】超限高层；静力弹塑性分析；罕遇地震；抗震性能0 前言本工程建筑面积3.29万平米，主楼为33层，地下室3层。
结构体系为部分框支剪力墙结构，结构总高110米，主楼平面尺寸为25.2米X25.9米，整体的高宽比4.36，长宽比为1.03。
建筑方案要求底部为大空间，在5层设置转换层，同时存在平面凹凸不规则和位移比超限等不规则项。
根据高规（JGJ3-2010）第10.1条规定，属于复杂高层建筑结构。
为了检验结构在罕遇地震作用下是否满足“大震不倒”的抗震设计要求，有必要对其进行弹塑性分析，验算弹塑性层间变形，判断主要抗侧力结构的屈服顺序和损伤程度，根据构件破坏顺序研究结构的屈服机制，对结构的整体抗震性能做出综合评估。
根据高规（JGJ3-2010）第3.11.4条规定，本工程采用静力弹塑性方法进行分析。
静力弹塑性分析方法的特点是：虽然静力弹塑性分析方法在理论上有着诸多缺陷，但静力弹塑性分析可以通过比较简单的分析过程，了解结构在侧向力作用下从构件到结构多层面的弹塑性性能，且基本不影响传统的设计流程（弹性设计、弹塑性验算），因而在应用上有着很好的优势，其主要优点包括：（1）可以对结构的弹塑性全过程进行分析，了解构件破坏过程，传力途径的变化，结构破坏机构的形成，以及设计中的薄弱部位等；（2）可以较为简便地确定结构在不同地震强度下目标位移和变形需求，以及相应的构件和结构能力水平。
本工程弹塑性静力分析采用GSNAP程序，本程序由广东省建筑设计研究院及深圳市广厦软件有限公司研发，它是一个力学计算采用通用有限元架构，同时又和结构设计规范紧密结合的建筑结构弹塑性分析软件。
高层建筑结构静力弹塑性分析的理论与应用研究
基本内容
摘要：
随着社会的快速发展和城市化进程的加速，高层建筑结构的设计与安全性显 得尤为重要。静力弹塑性分析方法作为一种评估结构在静力荷载作用下的弹塑性 响应的重要工具，在高层建筑结构设计中具有重要意义。本次演示阐述了静力弹 塑性分析的基本原理和流程，并通过实际工程案例，探讨了静力弹塑性分析在高 层建筑结构中的应用及其优越性。
为了帮助读者更好地理解和应用MIDASGEN进行高层建筑结构的静力弹塑性分 析，建议参考MIDASGEN用户手册和其他相关文献资料。这些资料将提供更详细的 信息和指导，帮助读者掌握MIDASGEN的分析功能和操作方法。
在实际工程实践中，还需要结合实际情况和专业知识进行具体决策。静力弹 塑性分析只是评估高层建筑结构安全性的一种手段，还需要综合考虑其他因素 （如结构设计、施工工艺、维护保养等）来确保建筑结构的长期稳定性和安全性。
在进行静力弹塑性分析时，需要考虑多种荷载工况，例如自重、风载、地震 作用等。通过在MIDASGEN中设置相应的荷载工况，可以模拟高层建筑结构在不同 荷载作用下的响应。同时，还需要根据建筑结构的特点，选择合适的分析方法和 计算参数，例如静力弹塑性分析方法、屈服准则等。
在MIDASGEN中，可以通过输出位移、应力、应变等结果，对高层建筑结构的 静力弹塑性进行分析。通过与其他方法（如有限元方法、实验方法等）的比较， 可以发现MIDASGEN在分析高层建筑结构的静力弹塑性方面具有较高的精度和可靠 性。
研究目的
本次演示的研究目的是对比研究高层建筑结构的静力与动力弹塑性抗震分析 方法，分析各自的优势和不足，并提出改进建议。通过对比两种方法的计算结果， 希望能够为高层建筑结构的抗震设计提供更为准确可靠的分析手段。
框架-剪力墙结构弹塑性静力反应分析
框架-剪力墙结构弹塑性静力反应分析摘要：本文利用通用有限元软件ANSYS对某框架剪力墙办公楼建立了三维有限元模型。
并采用多种计算方法和Pushover分析方法，研究结构在弹塑性阶段的动力特性、地震反应和抗震性能。
分析结果表明：此结构进入塑性阶段后，具有一定的延性能满足规范的要求。
关键词:框架-剪力墙，抗震性能，Pushover分析，ABSTRACTThe article made the 3–dimension finite element model of a frame-shear wall buildings using general FEM software ANSYS. And numerical study on dynamic characteristics，dynamic responses and seismic behavior evaluations of elastic-plastic stage of this structure would be performed．It is demosrated that the structure of the plastic stage, the extension of performance to meet certain specifications.KEYWORDS: frame-shear，seismic behavior，Pushover analysis，Qinghaishengjianzhukanchashejiyanjiouyuanyouxiangongsi baoguangquan 8100011、弹塑性静力分析方法介绍弹塑性静力分析方法，它本质上是一种与反应谱相结合的弹塑性静力分析法，它是按一定的水平侧向力分布模式加载，对结构施加单调递增的水平荷载，逐步将结至一个给定的目标位移来研究分析结构的非线性性能，从而判断结构及构件的变形受力是否满足要求。
钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析方法
钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析方法随着高层建筑和超高层建筑的不断涌现，结构安全性问题备受。
钢筋混凝土剪力墙作为建筑结构的重要组成部分，其弹塑性性能对整个结构的稳定性与安全性具有显著影响。
因此，对钢筋混凝土剪力墙进行弹塑性分析，对于保障建筑物的安全运行具有重要意义。
钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析方法是一种用于分析钢筋混凝土剪力墙在受力过程中弹性与塑性性能的方法。
该方法综合考虑了材料非线性、几何非线性和边界条件非线性等多方面因素，以准确预测钢筋混凝土剪力墙的承载能力、变形性能和破坏模式。
钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析方法基于弹塑性力学基本理论，通过有限元法或其他数值计算方法，对剪力墙的应力-应变关系进行模拟。
该方法能够真实反映剪力墙在受力过程中的非线性行为，揭示其微观机制与破坏模式。
与传统的弹性分析方法相比，弹塑性分析方法更为精确，能够更好地预测结构的实际性能。
在进行钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析时，首先需要建立合适的有限元模型。
模型应考虑剪力墙的几何形状、材料属性、边界条件以及加载条件等因素。
在建立好模型后，可采用合适的求解器进行求解，得到剪力墙在受力过程中的变形、应力、应变等结果。
以某高层建筑的钢筋混凝土剪力墙为例，采用弹塑性分析方法对其进行了模拟分析。
通过对其在不同工况下的应力、应变分布和破坏模式进行对比，发现该剪力墙在受力过程中的弹塑性行为和破坏模式与实际情况相符，表明弹塑性分析方法的有效性和准确性。
钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析方法是一种考虑了材料、几何和边界条件非线性的分析方法，能够准确预测剪力墙在受力过程中的性能和破坏模式。
通过采用该方法，结构设计人员可以更加合理地进行钢筋混凝土剪力墙的设计和优化，提高建筑物的安全性和稳定性。
因此，钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析方法在建筑结构设计中具有广泛的应用前景。
钢筋混凝土框架-剪力墙结构是一种常见的建筑结构形式，具有良好的抗震性能和承载能力。
然而，在地震作用下，这种结构仍然可能发生破坏和倒塌。
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设置支撑的框架-剪力墙结构的静力弹塑性分析摘要：本文采用大型有限元软件sap2000对某设置支撑的框架-剪力墙结构进行pushover分析，分析表明，只要支撑设计合理，可以和连梁一样作为抗震的一道防线，在大震的作用下首先发生破坏，通过破坏耗能，吸收大量地震作用，同时，支撑的破坏也降低结构的整体刚度，减弱了地震作用。
从而大大提高了结构的抗震性能。
关键词：支撑，框架-剪力墙，pushover分析，抗震性能
一引言
随着人们对结构体系研究的深入，带支撑的框架-剪力墙结构体系在结构抗震设计中得到推广和应用，该体系的主要特点是用框架和支撑代替框架-剪力墙结构中的某些剪力墙，并保证其总体抗侧刚度和原本的框架-剪力墙抗侧刚度相差不大，支撑可以灵活调整结构的局部刚度，并能有效的协调各部分构件的共同工作，而且方便控制塑性铰出现的部位，构成“强柱，中梁，弱连梁，弱支撑”等几道抗震防线[1]，保证结构具备足够刚度的同时也有良好的延性，完全满足规范要求的三水准目标，即使在罕遇地震的作用下，也可以通过支撑的屈服破坏耗能，同时也减少了结构的总体刚度，减弱了地震作用，使结构拥有良好的抗震性能。
本文通过对该类结构工程实例的静力弹塑性分析来了解设置支撑对框架-剪力墙结构的改善作用。
二工程介绍及模型建立
1工程概况
工程实例是位于盘锦市的某综合性建筑，平面形状是长方形，结构尺寸轮廓是57.6m×18.6m，具体柱网尺寸如下图1、所示。
结构总高度为97.4m，地下一层，地上24层，地下一层为停车库，层高为5.45m，1-3层为餐饮、商业区，层高为4.5m，4层为设备层，5层以上为办公及商业用房，层高为3.6m，24层以上还有两层造型屋顶，忽略不计。
支撑尺寸为220×20。
图1 结构平面布置图
2建立模型
本文采用sap2000作为分析工具，各个构件主要采用以下各种单元：
框架柱：采框架单元，指定pmm铰；
框架梁：采用框架单元，指定弯曲铰m3铰；
连梁：弯曲铰和剪力铰；
剪力墙：分层壳单元，采用分层壳模拟其非线性。
3 分析目的
实际工程的pushover分析并不仅仅是分析弹塑性层间位移角这么简单，它的主要目的如下：
1）揭示结构弹塑性性能的表现和结构的弹塑性变形行为；
2）判断结构是否存在薄弱层或者薄弱部位以及薄弱程度；
3）判断结构是否满足大震不倒的抗震设计目标。
4）揭示结构的屈服发生发展过程；
5）针对结构表示的性能给出改进、构造加强措施等建议。
4分析工况
该结构分析时采用位移控制，取1/50的楼层高度作为控制位移，由于结构不规则，x、y方向差别很大，故考虑了四种分析工况：工况1：重力代表值+振型1（y方向平动），监控位移自由度选择u2；
工况2：重力荷载代表值+y方向加速度，监控位移自由度选择u2；
工况3：重力荷载代表值+振型2（x方向平动），监控位移自由度选择u1；
工况4：重力荷载代表值+y方向加速度，监控位移自由度选择u1；
三结果分析
1性能点的确定
根据最新抗震规范可知，结构在罕遇地震作用下的特征周期应加0.05s，tg=0.50s；由公式5.18可以计算出不同尺寸下支撑结构的周期下ca、cv取值
表5.1 中震大震作用下ca 、cv层间位移角限值
表5.2x方向pushover 分析大震作用下的性能点的值
表5.3y方向pushover 分析大震作用下的性能点的值
由上表可知，在罕遇地震作用下结构在x方向性能点处的基底剪力为：32454kn，顶点位移为：0.176m，顶点位移角为：1/531，小于层间位移角限值1/100，y方向性能点处的基底剪力为：56743kn，顶点位移为：0.241m，顶点位移角为：1/387，小于位移角限值1/100。
满足最新抗震规范[2]的要求。
2.层间位移角
由图2、3可知，在性能点对应的地震作用下，结构在x、y方向层间位移角均满足最新抗震设计规范中关于框架-剪力墙最大弹塑性层间位移角限值的要求，均小于1/100。
x方向最大层间位移角为1/405，出现在第十二层；由图可知，x方向刚度变化比较均匀，层间位移角均匀变化，不存在刚度突变，没有薄弱层。
y方向最大层间位移角为1/156，出现在第二层，结构在前三层的层间位移角较大，原因是结构在前三层有立面收进，导致结构在底部三层形成刚度薄弱层，特别是二三层，在大震作用下结构层间位移过大。
图2 y方向层间位移角曲线图3x方向层间位移角曲线
3.塑性铰的发展过程
结构的塑性铰最早出现在连梁和支撑上，之后出现在框架梁上，框架柱始终未出现塑性铰，剪力墙也未出现应力退化，结构的竖向构件具有良好的抗震性能。
如下图所示，结构塑性铰的变化情况支撑破坏的发展过程：支撑作为耗能构件，也应该作为抗震的第一道防线，支撑主要布置在y方向，下图选择15轴线的一榀框
架查看支撑在大震作用下的塑性铰发展过程，塑性铰最早出现在底部两层的框架梁上，原因是立面在底部两层局部收进，这两层刚度较低，在推覆力的作用下率先进入塑性状态，随后在第8步塑性铰出现在支撑上，并且不断发展，第12步塑性铰在支撑上不断发展，且部分支撑开始屈服，第15步时，第5层的支撑已经失去承载力，且屈服支撑不断增加。
第4步第6步第8步第12步第15步
四结论
当侧向荷载达到地震要求时，结构的构件多数构件处于弹性状态，部分构件发生屈服，包括连梁、框架梁和支撑，少数构件失去承载力，如部分支撑。
框架柱和剪力墙没有发生屈服。
结构的侧向刚度发生变化，结构等效阻尼大约为0.14。
通过静力弹塑性分析可以得到下列结论：
1）该结构方案满足抗震规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求，能够有效抵抗罕遇地震的作用。
2）塑性铰主要出现在支撑、连梁和部分框架梁上，并且主要出现在结构的中下部位，上部几层框架梁和支撑上塑性铰的数量比较少。
3）x方向的塑性铰主要出现在连梁和框架梁上，在有限的推覆步数的提前下，沿x、y方向的塑性铰没有发展充分，在建筑上部几层还有很大的富余，尚未出现大面积的塑性铰，x方向的结构狭长，刚度较大且比较均匀，塑性铰的发展没有y方向发展全面、充
分。
其层间位移角较小，且无明显突变。
4）从分析结果可以看出，结构的竖向构件框架柱没有出现塑性铰，剪力墙的分层壳中钢筋、混凝土应力均未达到屈服应力。
竖向构件抗震性能良好。
5）通过结构在大震作用下的塑性铰出现的位置和发展状态以及结构在大震作用下的变形可知，结构设计安全、适用，结构的抗震构造措施是适当的，同时局部与支撑相连的框架梁的的塑性铰的发展不太合理，需要通过调节配筋来改善其延性，提高其抗震变形能力，避免出现强支撑弱梁现象[3]。
参考文献
[1] 王新玲，于庆展.罕遇地震作用下高层框架支撑体系的塑性极限分析[j].世界地震工程.2002，
[2] 中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范
(gb5o011-2010)[s].北京:中国建筑工业出版社
[3] 王敦强，李建琦，黄健，叶乾高层带斜撑框架-剪力墙结构延性设计[j] 山东建筑大学学报 2010
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。