苏州中润广场主楼动力弹塑性时程分析

ζ
=α 2ωn
+ βωn 2
=
αTn 4π
+ βπ 2Tn
（1）
式中：ωn 和 Tn 分别为结 构的第 n 阶圆频率和第 n 阶模态自振周期。
工程 的 弹 塑 性 分 析
将采用基于显式积分的
动 力 弹 塑 性 分 析 方 图 4 阻尼系数与周期关系 法［5］。 弹 性 模 型 采 用 SATWE 软件，罕遇地震动力弹塑性时程分析采用软 件 ABAQUS / Standard 和 ABAQUS / Explicit 作为求解 器，进行弹塑性计 算。 根 据 工 程 在 施 工 建 造 及 使 用 过程中的实际情况，整 个 分 析 过 程 分 为 施 工 过 程 计 算 、振 型 及 周 期 计 算 、地 震 波 时 程 计 算 三 个 部 分 。 2 结构抗震性能评价指标
作者简介：张 雪 峰，工 程 师，一 级 注 册 结 构 工 程 师 ，Email： zxfsuzhou @ 163. com。
第 41 卷 第 4 期
张雪峰. 苏州中润广场主楼动力弹塑性时程分析
65
图 1 主楼标准层一（ 层 7 ～ 28）
图 2 主楼标准层二（ 层 29 ～ 屋面）
图 3 计算简图
0 概述 苏州中润 广 场 位 于 苏 州 市 吴 中 区 行 政 办 公 中
心，总 建 筑 面 积 约 21. 9 万 m2 ，是 由 办 公 主 楼、商 务 办 公 楼 、裙 楼 、商 业 街 和 钢 结 构 连 廊 组 成 的 城 市 综 合 体，设 整 体 3 层 地 下 室； 主 楼 以 地 下 室 顶 板 为 嵌 固［1］，地上 43 层，主 屋 面 高 度 190m，采 用 钢 筋 混 凝 土框架核心筒结构 体 系，主 屋 面 以 上 为 7 层 钢 结 构 构架，最高点标高 230m。根据苏州中润广场抗震专 项审查要求，在工程 施 工 图 阶 段 进 行 了 动 力 弹 塑 性 时程分析。
主楼核心筒在层 28（124. 3m 标高） 南北向各收 进 3. 1m，由 18. 2m × 19. 9m 收为 12. 0m × 19. 9m，平 面布置及计算简图见图 1 ～ 3。收进后的核心筒剪 力 墙 均 能 延 伸 至 基 础 ，保 证 了 剪 力 墙 传 力 的 连 续 性 。 层 36 以 下 采 用 钢 骨 混 凝 土 柱，层 36 以 上 采 用 钢 筋 混 凝 土 柱［1 ］。 1 动力弹塑性分析目的与分析方法
构设计。 结构动力时程 分 析 过 程 中，阻 尼 取 值 对 结 构 动
力反应的幅值有 比 较 大 的 影 响。 在 弹 性 分 析 中，通 常采用振 型 阻 尼 ζ 来 表 示 阻 尼 比，根 据《抗 规 》规 定，结构 在 罕 遇 地 震 下 的 振 型 阻 尼 ζ 取 0. 05 （ 各 振 型相同） 。 实 际 在 弹 塑 性 分 析 中，由 于 采 用 直 接 积 分法方程求解，通常 的 做 法 是 采 用 瑞 利 阻 尼 等 效 模 拟振型阻尼，瑞利阻 尼 分 为 质 量 阻 尼 α 和 刚 度 阻 尼 β 两部分，其与周期的关系如图 4 所示，其 与 振 型 阻 尼的换算关系见下式：
工程 的 抗 震 基 本 烈 度 为 6 度，设 计 基 本 地 震 加 速度值为 0. 05g，设计地震分 组 为 第 一 组；场 地 类 别 为 Ⅲ 类，场 地 特 征 周 期 按《建 筑 抗 震 设 计 规 范 》 （ GB50011—2001）［2］（ 简称《抗规》） ，插值计算 Tg = 0. 54s；多遇地震参数按江苏省地震工程研究院提供 的《工程场地安 全 性 评 价 报 告 》（ GB17741—2005 ） ， 取 αmax = 0. 08，弹 性 时 程 分 析 所 取 地 面 运 动 最 大 加 速度为 34cm / s2 ； 中 震、大 震 采 用 规 范 的 地 震 动 参 数，罕遇地震动力弹 塑 性 时 程 分 析 采 用 加 速 度 时 程 的主方向输入峰值为 110 cm / s 。 2［3，4］
第 41 卷 第 4 期 2011 年 4 月
建筑结构 Building Structure
Vol. 41 No. 4 Apr. 2011
苏州中润广场主楼动力弹塑性时程分析
张雪峰
（ 华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002）
［摘要］ 通过对苏州中润广场主楼弹塑 水 准 要 求，寻 找 结 构 薄 弱部位和薄弱构件，提出相应的加强措施；同时，评价结 构 在 大 震 作 用 下 的 力 学 性 能，研 究 罕 遇 地 震 作 用 下 主 要 构 件的损伤和屈服情况，并对损伤程度做出性能评价，以指导结构设计。此分析过程 分 为 施 工 过 程 计 算、振 型 及 周 期 计算、弹塑性时程分析。计算结果表明，在给定地震波 的 罕 遇 地 震 作 用 下，结 构 整 体 受 力 性 能 良 好，能 满 足 罕 遇 地 震下的抗震性能目标。 ［关键词］ 弹塑性时程分析； 罕遇地震； 塑性应变； 地震波 中图分类号：TU375. 4 文献标识码：A 文章编号：1002-848X（2011）04-0064-05
由于结构 在 承 受 地 震 作 用 之 前 已 经 承 受 了 恒 载 、活 载 等 作 用 ，而 且 恒 载 和 活 载 对 结 构 产 生 的 位 移 和内力对地震分析 过 程 有 较 大 影 响，因 此 在 地 震 分 析之前需先进行静力分析。计算发现，在恒载 + 0. 5 活 载 的 作 用 下，剪 力 墙 结 构 的 最 大 压 应 力 为 12. 47MPa，最大 拉 应 力 为 2. 90MPa，局 部 损 伤 出 现 在层 28 剪力墙突变处。这是由于层 28 以上部分墙 体收进，导致层 28 墙 体 竖 向 荷 载 不 均，竖 向 变 形 不 一致———中间墙体 竖 向 变 形 大 于 边 缘 部 分，导 致 在 周边墙体与中部墙体连接处出现拉应力。由于混凝 土 抗 拉 能 力 较 差 ，较 早 出 现 受 拉 开 裂 损 伤 ，但 该 部 位 钢筋应力水平较低，最大集中拉应力仅 14. 5MPa，仍 具 有 较 高 的 安 全 储 备 ；混 凝 土 梁 、柱 钢 筋 和 钢 骨 的 最 大应力为 108. 8MPa，小 于 钢 材 的 设 计 强 度，钢 筋 拉 应力分布情况见图 5。综上所 述：施 工 完 成 后，剪 力 墙最大压应力小于设计强度；墙体突变处出现局部 混凝土受拉损伤，但 墙 体 中 钢 筋 应 力 仍 保 持 在 较 低
图 5 核心筒突变处钢筋拉应力 / kPa
66
建筑结构
2011 年
水平；钢结构与混凝土梁柱钢筋处于弹性状态。 4 动力特性计算
在施工过程计 算 完 成 的 基 础 上，进 行 振 型 和 周 期计算，不同 软 件 计 算 结 果 见 表 1。 由 表 1 可 以 看 出，两种软件计算得 到 的 前 3 阶 结 构 自 振 周 期 与 振 型基本一致，这说明 模 型 转 换 过 程 中 保 证 了 计 算 模 型的完整性、正 确 性 和 精 确 性。 ABAQUS 中 考 虑 了 实 际 配 筋 、柱 中 型 钢 以 及 墙 中 暗 柱 、边 缘 构 件 增 配 钢 筋 的 刚 度 贡 献 ，结 构 总 体 刚 度 略 大 ，周 期 略 短 。
Elasto-plastic time history analysis of Suzhou Zhongrun Square main building Zhang Xuefeng
（ East China Architectural Design ＆ Research Institute Co. ，Ltd. ，Shanghai 200002，China） Abstract：By elasto-plastic time history analysis，it was determined whether the structure of Suzhou Zhongrun Square is satisfied with the standard to guarantee no collapse under major earthquake. The weakness parts or components of the structure were found out. Corresponding strengthened measures were put forward in design process. In addition，the performance mechanics suffering major earthquakes was evaluated. The damaged or yielded state of main structural components was studied，and the degree of damage was evaluated when submitted to rarely earthquakes. Some reasonable suggestions were obtained for engineering design. The compute considering work progress，the compute of vibration mode and period，and the elasto-plastic time history analysis were concluded in the analysis process. Calculation results indicate that the structure has excellent seismic behaviors when affected by specified major earthquake wave，and can reach the requirement of seismic performance under the action of the rarely earthquake. Keywords：elasto-plastic time history analysis； rarely earthquakes； plastic strain； earthquake wave