ETABS和PKPM在超限高层抗震设计中的比较_张俊

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超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析

第35卷第3期2021年6月Vol・35No・3Jun.2021粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析Seismic Performance Design and Stress Analysis of Over-limit High-rise Buildings彭茹(新疆建设职业技术学院，新疆乌鲁木齐832000)摘要：深圳市罗湖区兆鑫汇金广场项目大屋面高度147.9m，地下5层，地上44层，为部分框支剪力墙结构，属于B级高度超限的超高层建筑。

根据不规则项目特点并结合结构超限判定，确定各构件的抗震性能目标，通过分析建筑在不同地震工况下的弹性分析和弹塑性分析，验证结构性能设计的可靠性。

计算模型采用YJK、ETABS、PKPM-SAUSAGE程序进行分析，根据分析结果，采取了一系列加强措施。

结果表明：结构能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标，抗震性能能够达到设定的性能目标。

文中所采用的设计及加强措施为类似工程提供重要的参考和借鉴价值。

关键词：超限高层建筑；剪力墙结构；时程分析；抗震性能分析；抗震加强措施中图分类号：TU318文献标志码：A文章编号：1005-8249(2021)03-0008-06D0I：10.19860/ki.issn1005-8249.2021.03.002PENG Ru(Xinjiang Construction Vocational and Technical College，Urumqi832000，China)Abstract:The height of the roof of the Zhaoxin lluijin Plaza project in Luohu District，Shenzhen City is147.9m，with5stories underground and44stories above ground，which is a partial frame-supported shear wall structure，belongs to the super high-rise building with B-class height exceeding the limit.According to the characteristics of the irregular profect and combined with the structural over-limit determination，the seismic-performance targets of each component were determined，and verified the reliability of structural performance design by analyzing the elastic and elastic-plastic analysis of buildings under frequent earthquake，seismic fortification earthquake and rare earthquake.The calculation model is analyzed by YJK，ETABS and PKPM-SALSAGE programs.According to the analysis results，a series of strengthening measures were taken.The results show that the structure can meet the relevant indexes under vertical load and wind load，and the seismic performance can reach the set performance target.The design and measures adopted in this paper provide important reference value for similar projects.Keywords:over-limit high-rise building；shear wall structure；time history analysis；seismic performance analysis；seismic strengthening measures0引言超限高层建筑因为大幅度提升土地利用率而逐作者简介：彭茹（1985-），女，硕士，讲师，研究方向为土木工程。

ETABS和PKPM程序里楼板解析

ETABS和PKPM程序里楼板解析
概述：理论上楼板可用平面板单元和平面壳单元来模拟。

普通楼板，由于厚度不大，变形满足直法线假定，忽略横向剪切变形，平面内外刚度相互独立，可分别用平面应力膜单元和平面板弯曲单元计算，然后进行应力叠加。

对于厚板，变形不满足直法线假定，不能忽略横向剪切变形，平面内外刚度相关，用中厚板或厚板单元模拟。

PKPM程序中的各种楼板
1.刚性楼板假定（刚度平面内无限大，平面外为零）
a.没有考虑面外刚度，总刚偏小，楼面梁的刚度应考虑放大。

b.对于独立梁、仅与弹性6或弹性3楼板相连的楼面梁刚度不考虑放大。

c.适用于常规的一般楼板。

2.弹性楼板6（采用壳单元，刚度在平面内外都是真实的）
a.部分竖向荷载将通过平面外刚度直接传给竖向构件，导致梁弯矩和配筋相应减小。

b.刚性楼板假定楼板，竖向荷载通过梁传给竖向构件，以往的梁配筋经验都来自于此，故弹性6板会使梁的安全储备降低。

c.适用于板柱结构和板柱-抗震墙结构（这类结构就是将竖向荷载直接传给竖向构件的）
3.弹性楼板3（采用板弯曲单元，刚度平面外真实，平面内无限大）
a.适用于厚板或中厚板情况，例如采用厚板转换的楼层。

b.板柱结构面内刚度足够大，也可用此单元模拟。

c.建模时要将板厚均分给上下楼层，下楼层的层高=下层净空+板厚的一半。

4.弹性膜（刚度平面内真实，平面外为零）
a.适用于空旷结构，楼板局部不连续，开大洞等
etabs程序中板单元的类型
1.壳单元有真实的平面内外刚度=弹性6
2.膜单元只有平面内刚度=弹性膜
3.板单元只有平面外刚度=类似弹性3（勾选厚板）。

结构计算分析软件的比较及选择

近些年，随着电脑的飞速发展，有限元软件的开发也是日新月异。

特别是随着人们对结构分析的精确性和高端性的追求，越来越多的国内外有限元软件被结构工程师所采用。

大致整理了一下，目前国内建筑结构领域使用的计算软件有：PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星、ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、STAAD PRO、ROBOT 、EASY、FORTEN、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA等。

其中PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星属于国内开发的软件，目前使用的也比较普遍，效果也不错；ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、STAAD PRO、ROBOT 、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA是国外引进的软件，目前在国内使用的也是十分普遍，而且因为一些国人有崇洋媚外的习惯，所以相对来讲国外软件使用的更多，认可度也更高，当然，老外软件的质量起到了关键的作用。

那么这么多软件在实际使用中怎么选择呢？其实，每个软件都有其独到之处，针对计算工程的不同特点，可以选择不同的分析软件，有时候可以起到事半功倍的效果。

下面就谈一下自己的一点拙见：（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。

对于多高层结构特别好用，其最大的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。

现在也可以实现一些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便。

早期人们一直都是用PKPM行遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些微词。

因为很多人觉得PKPM算起来有问题，比如不同版本算的结果区别啦、不规则结构建模不方便啦等等。

但是只要是做设计的，PKPM的。

（2）3D3S不知道如何给它定位。

这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行中国规范校核。

某超限高层结构的抗震性能分析与设计

均不满足《限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》超的
相关规定，于平面不规则超限Ｉ户位置。工程场地大部分地段基岩出Ｂ］露，地类别为Ｉ计特征周期为０２ｓ抗震设防烈度为６，场设．，５度
由于建筑需要，央大厅２￣层（）中４图３局部开洞，板不连楼
１工程概况
重庆银行大厦工程位于重庆江北城片区Ａ４１３块．０．／地０处
续，致Ｙ向楼板基本断开，开洞面积大于楼层面积的３％，导且５
ａｄｅａｔｃｐａｔａｙｉ，ｎｏｄｃｓａｓｅｉｌａａｙｉｆｒｔａｏｒＴｅｕｌｈｗｔｅｍａｎｐｒｍｅｅｓｏｅｓｕｔｒａｅｈｎｌｓｉ．ｌｓｉａｌｓｓａｄｃｎｕｔｐｃａｎｌｓｓｏｗｅｋｆｏ．ｈｅｒｓｔｓｏｔｉａａｔｒｆｔｔｃｕｅｃｎｍｅｔｔｅｃｎｈｅｌｓｈａｔｈｈｒ
为建筑抗震有利地段。本工程地上３层，３地下４，层房屋总高度
１７４，下室深度１．，构形式为框架一核心筒结构，４．地ｍ９４结ｍ其
中基顶至２层塔楼范围内的框架柱采用型钢混凝土柱．裙房１
部分、楼２层及以上采用普通混凝土柱。建筑平面以双框筒塔１

基于ETABS的某高层结构时程分析

【文章编号】1007-9467（2010）03-0020-03基于ETABS 的某高层结构时程分析■张旮1，石中明2（1.福建工程学院，福州350108；2. 福州市规划设计研究院，福州350003）【摘要】以一工程实例，分析带转换粱高层建筑结构的时程分析过程，利用Satwe 和Etabs 软件分别对其进行地震作用计算，以获得其在地震作用下的反应，来判断设有转换粱后的整体结构的安全和可靠性。

【关键词】转换梁；高层结构；时程分析；预应力1 工程概要本工程为住宅项目，地上18 层，层高2.9m，地下1 层，层高3.6m，作为停车库和设备用房，结构主体采用框架- 剪力墙结构。

因车库通道要求，需将地下室一排框架柱取消（图 1 中的画圈部分），造成竖向构件的不连续，需做结构转换。

根据本工程的实际情况，本工程采用梁式转换结构，转换层结构平面布置如图1。

【中图分类号】TU355【文献标志码】AT he T i me-H i s tor y A nal y s i s of a T al l B ui l di ng S t r uctur e B ased on E t abs S of ewar eZH A NG G a1，S H I Zhong-ming2（1.Fuj i a n U niv e r s i ty of T e chnology,F uzhou 350108,China ；2.Fuzhou P l a nning D e s i gn&R ese a rch I nst i tut e,Fuzhou 350003,China)【Abstract】A ccording to a tall building with grider trans f er story,this paper is concerned with the calculation of the time-hi s tory analysis and discusses the s eismic res ults under two s tructur e computation s oftw ares.【Key words】trans f er grider;tall building;time-hi s tory analy s is;s eismic res ults 2 结构时程分析时程分析法是基于反应谱法更为有效的抗震计算方法[1]，它能确切地了解结构在地震过程中的内力与位移随时间的反应，通过将建筑物作为弹性或者弹塑性振动系统，直接输入地面地震加速度记录，对运动方程直接积分，从而获得计算系统各质点的位移、速度、加速度等的时程变化曲线，因此这种方法更能准确而完整地反映出结构在地震作用下的全过程。

PKPM,YJK,MIDAS,和ETABS构件内力调整比较

构件内力调整1 引言为实现房屋建筑的抗震设防目标，钢筋混凝土框架结构除了必须具有足够大的承载力和刚度外，还应该具有良好的延性和耗能能力。

在地震震害、试验研究和理论分析后，可以得到下述对于钢混框架结构抗震性能的认识：梁铰机制优于柱铰机制；弯曲（压弯）破坏优于剪切破坏；大偏心受压破坏优于小偏心受压破坏；避免核心区破坏及梁纵筋在核心区的粘结破坏。

为实现上述目标，使钢筋混凝土框架成为延性耗能框架，应该采用如下的抗震设计理念：强柱弱梁、强剪弱弯、局部加强（框支柱、角柱等）、强核心区强锚固、限制轴压比并加强箍筋约束等。

本章节主要针对前三点进行研究，对比不同软件对于构件级别的内力调整所采用的方法。

2 相关规范规定中国规范对于钢筋混凝土框架结构的内力调整做了如下规定。

3 各软件关于内力调整的实现方法及算例比较计算模型选择如图所示模型，框架6层，层高4m，双向柱距6m。

1~2层横竖各5跨，3~4层X轴向5跨，Y轴向3跨，5~6层横竖各三跨，各层位置如图布置。

楼板采用刚性板假定，双向导荷，不考虑楼板对梁的刚度放大作用，板上均布荷载工况为：恒荷载5kN/m2，活荷载2kN/m2。

设计地震分组为I组，设防烈度为8度（），场地类别为II，特征周期，地震影响系数最大值为。

本算例不考虑风荷载作用。

框架梁的内力调整框架梁的内力调整主要指梁的强剪弱弯调整。

为实现延性设计，须保证梁弯曲破坏先于剪切破坏，因此须提高梁剪力设计值，提高梁的抗剪承载力。

计算结果（二级抗震）剪力调整项目设计内力内力调整系数内力组合MIDAS 负弯矩（kN·m）+ 正弯矩（kN·m）++ 剪力（kN）+ 负弯矩（kN·m）+±正弯矩（kN·m）+±剪力（kN）+±PKPM 负弯矩（kN·m）164 + 正弯矩（kN·m）84 ++ 剪力（kN）92 + 负弯矩（kN·m）164 + 正弯矩（kN·m）84 ++ 剪力（kN）92 +、YJK与ETABS数据分析三种软件对于梁强剪弱弯的调整方法相同，即按照规范采用公式计算梁端设计剪力。

某超限高层住宅结构设计

某超限高层住宅结构设计摘要本文针对广州某超限高层住宅结构设计进行研究，介绍了该项目的结构体系、工程超限情况及有针对性的构造加强措施。

采用了SATWE和ETABS两种软件进行结构整体分析，用PKPM-EPDA进行静力弹塑性分析。

计算结果表明结构在罕遇地震下处于延性阶段,结构抗震性能满足规范要求。

关键词剪力墙结构超限检查和应对措施整体分析结果对比弹塑性分析Structural Design for a Code ExceedingHigh-rise Residential BuildingChen Yuyi(Guang Zhou Design Institute, Guang Zhou 510620)Abstract: In this paper, the research on one code exceeding high-rise residential building, which locates in Guang Zhou, is discussed. The structural system, the code exceeding status and the construction strengthening measures are introduced. Two types of software, SATWE and ETABS, were used for the global analysis, and PKPM-EPDA were used for push-over analysis. The results show that the structure is in ductile stage under rare earthquake, the seismic performance of the structure can satisfy the code requirements.Keywords: Shear wall structure; Code exceeding aspects and structural measures; Comparison of global analysis; Push-over analysis1、工程概况该住宅楼位于琶洲岛中部珠江南岸，紧邻国际会展中心，地铁4号线与地铁8号线在村东南侧交汇，区位十分优越。

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力层: 中微风化岩层, 顶面埋深 18. 20～36. 20 m, 岩样天然湿度单轴抗压强度微风化 f r≥11 MP a, 中风化岩 f r ≤6 MPa。
4 基础设计概况
( 1) 采用人工挖孔桩, 桩端置于中、微风化泥质粉砂岩, 有效桩长约 10～18 m。
( 2) 板厚 800 mm, 筒体下加厚至 2 200 mm。 ( 3) 地下室顶板: 板厚为 200 mm。
框架-核心筒结构 $u/ h = 1/ 759 < [ He]
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3-2002) 4. 6. 6 条规定, 该工程风载作用下 Amax = 0. 25 m/ s2 > 0. 121 m/ s2( 横风向) , 符合规范要求。¿该工程加强部位的剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压
( 4) 在底部加强区, 核心筒内剪力墙每 2 层设置一道配筋加强带( 暗梁) , 与墙边缘构件一起形成暗框架, 以提高剪力墙的抗震性能。
( 5) 按《地震安全性评价报告》所提供的场地人工地震波进行弹性时程分析, 其地震反应较 CQC 法结果小, 设计时以CQC 法为准。
9 结语
从 2 种软件的计算结果看: 结构总体计算信息中的主要参数基本能吻合, 说明在超限审查中, 用 ET ABS 进行结构分析对 P KPM 计算结果具有很好的参考价值。
和 P KP M 软件的计算结果进行了对比, 此外还采用 pushover 法验算罕遇地震作用下薄弱层( 部位) 的弹塑性变形, 其结果基本令人满意。同时针对超限部分提出了改造措施。
关键词: 超限; 弹性时程法; 抗震
1 工程概况
珠江新城 J2-7 地块办公楼, 总建筑面积约 102 746 m2( 地上 77 633 m2) , 建筑主体为 1 栋五星级酒店, 地上42 层, 标准层层高3. 5 m, H = 158 m, 4 层地下室( 底板面标高- 18. 0 m) , 用途为车库和设备房, 无人防要求。
1 30
1 20
注: 楼面竖向使用活载按规定折减后, 上部结构单位面积平均重为 1 530 kN/ m2。
计算结果分析: ¹结构计算时嵌固端取在地下受剪承载力。¾该工程楼层层间最大位移与层高之
室顶板处, SAT WE 与 ET ABS 2 个程序的计算结果比 $u/ h 限值为:
比较接近。º结构 X 向、Y 向刚重比分别为9. 03 及 3. 36, 均大于1. 4, 满足整体稳定要求, 可不考虑重力二阶效应。»计算结果显示, 在考虑偶然偏心的地震作用下, 该工程该比值绝大部分楼层均小于1. 20, 仅部分裙楼该比值最大为1. 33, 满足规范要求。结构扭转为主的第一。自振周期与平动为主的第一自振周
T 7= 0. 550 9( T )
T8= 0. 454 1
T 9= 0. 447 2
T7 = 0. 575 13
T 8= 0. 564 94
注: 括号中的 T 表示以扭转为主的模态。表 3 SATWE 和 ETABS 计算结果分析
T3= 3. 142 14 T6= 1. 018 31 T9= 0. 436 92
工程采用人工挖孔扩底灌注桩基础。地下室埋置较深, 局部存在抗浮问题, 主要由嵌岩人工挖孔桩
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国外建材科技 2005 年第 26 卷第 5 期
抵抗浮力桩身还配置一定量的预应力钢丝束锚入基限元分析与设计软件。ET ABS 为集成化建筑结构
岩内, 以满足抗浮、抗裂要求。
国外建材科技 2005 年第 26 卷第 5 期
E TABS 和 PKPM 在超限高层抗震设计中的比较
1
2
张俊邓志勇
( 1. 广州市住宅建筑设计院; 2. 武汉理工大学)
摘要: 运用现在世界土木工程中流行的有限元分析软件 ETABS 对一幢高层酒店进行了结构弹性计算分析, 并
( 4) 抗震等级对于设防烈度为 7 度的 B 级丙类建筑, 钢管砼柱框架——砼核心筒结构, 筒体及框架的抗震等级均为一级, 地下室部分, 负 1 层为一级, 以下各层为三级。
( 5) 结构概况核心筒为主要的抗侧力结构; 外围剪力墙及钢管砼柱框架大大提高了结构的平面抗扭刚度, 并承受了一部分的水平剪力及倾覆力矩。 5. 2 地基基础
参考文献
[ 1] FEM A. NEHR P Guidelines for the Seismic Rehabilit ation of Buildings. FEMA273[ M ] . Washington: Federal Emer gency Management Agency, 1996.
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国外建材科技 2005 年第 26 卷第 5 期
7 超限类型和程度介绍
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ32002) , 7 度区 A、B 级高度钢筋混凝土高层建筑框架 -核心筒体系的最大适用高度分别为 130 m、180 m; 该工程主体楼高158 m, 超出A 级范围5. 1% , 但在B 级高度限值以内。
方向
SA T W E
X
Y
ETABS
X
Y
顶点 U/ mm
风
位
U/ H
荷载
移
最大层间 $ u/ h
作
对应的 $ u/ mm
用
基底弯矩 M0/ ( kN·m)
基底剪力 Q0/ kN
3 693 1/ 4 278 1/ 3 396 0. 98( 24 层) 976 578 10 487
149. 80 1/ 1 056 1/ 846 4. 13( 28 层) 1 533 415 15 935
[ 2] Ghobrah A, Abou-Elfath H, Biddah A. Responsebased Damage Assessment of Str uctur es [ J ] . Ear thquake Engineer ing and Str uctur al Dynamics, 1999, 28: 7 9～1 04.
收稿日期: 2005-07- 18. 作者简介: 张俊, 工程师; 广州, 广州市住宅建筑设计院 ( 510055) .
( 上接第 57 页)
3 结语
以上详细地介绍了钢结构在实际施工过程中的工艺流程和施工方法。经实践证明, 施工过程中只要严格按施工图纸及现行规范施工, 才能保证施工顺利进行。
自振周期/ s
SAT WE
ET ABS
T 1= 4. 322 7
T2= 2. 736 0
T3= 2. 630 5( T )
T1 = 4. 354 52
T 2= 3. 217 76
T 4= 1. 057 4
T 5= 0. 958 5( T)
T 6= 0. 825 5
T4 = 1. 077 24
T 5= 1. 040 13
2 抗震设防标准及设计依据
基本风压: W0= 0. 60 kN/ m2( n= 100 年) ; 地震烈度: 抗震设防烈度为7 度。设计地震基本加速度值 0. 1g, 设计地震分组为第一组; 该工程属丙类建筑, 可按本地区设防烈度采用抗震措施。根据广东省工程防震研究院提供的《广州珠江新城 J1-4 地块工程场地地震安全性评价报告》, 场地地震参数见表 1。
参考文献
[ 1] JGJ81- 2002, 建筑钢结构焊接技术规程[ S] . [ 2] 01J925-1, 图集 —— 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑
构造[ S] . [ 3] 钢结构防火涂料应用技术规范[ S] . [ 4] GB/ T 10433- 2002, 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉[ S ] . [ 5] GB11345-89, 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果
41. 1 1/ 3 844 1/ 3 208 1. 09( 20 层) 751 016. 109 830 986
166. 6 1/ 1 248 1/ 996 3 514( 26 层) 1 269 256. 783 1 309 096
顶点 U/ mm
地
位
U/ H
震
移
最大层间 $ u/ h
作
对应的 $ u/ mm
5 建筑结构布置和选型
5. 1 结构选型 ( 1) 建筑平面和竖向的规则性结构侧向刚度
沿竖向变化较为均匀; 平面方正( 双轴及中心基本对称) , 无大的凹入及凸出, 该工程为规则建筑。
( 2) 抗侧力结构体系的选择结构体系采用钢管砼柱框架-砼核心筒结构。各楼层核心筒完整。
( 3) 楼板结构方案该工程采用现浇砼梁板体系, 地下 2 层以上楼层均采用一般梁板结构, 地下室底板及地下 3 层为无梁楼盖, 整体性及抗震性能优良。框架梁与钢管砼柱间采用环梁节点连接。
108. 5 1/ 145 6 1/ 112 4 3. 114( 29 层) 1 060 666. 353
基底剪力 Q0/ kN
17 591. 94
15 559. 14
1 333 798
12 282. 52
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总重量 G/ kN Q0/ G/ %
1 091 720
1. 60( 已调整)
1 38
1 079 618. 88
用
基底弯矩 M0/ ( kN·m)
5 432 1/ 290 8 1/ 231 7 1. 41( 25 层) 1 426 144. 50
120. 74 1/ 130 9 1/ 104 7 333( 28 层) 1 219 447. 50
6 89 1/ 229 3 1/ 185 2 1. 890( 20 层) 1 238 075. 137