超限高层建筑结构的动力弹塑性时程分析
弹塑性分析在超高层建筑结构设计中的应用探讨
弹塑性分析在超高层建筑结构设计中的应用探讨摘要：在当今社会，随着社会经济的发展，建筑行业也在不断发展，并且所建设的楼层也越来越高，其中超高层建筑结构设计能够为人们提供舒适的生活环境，然而，由于超高层建筑的楼层较高，因此在对其进行设计时，对地震防御的设计显得尤为重要。
对于超高层建筑结构设计中的抗震设计而言，具体可以是静力弹塑性分析法，这种方法不仅能够关注到超高层建筑结构的抗震性，而且也能够关注到超高层建筑质量但由于我国对弹塑性分析还存在一些问题，因此，使得弹塑性分析的作用不能充分发挥。
本文则是根据谭弹塑性分析，在超高层建筑结构设计中的应用所进行的探讨，希望能够有效促进超高层建筑结构设计的发展。
关键词：弹塑性分析；超高层建筑结构；应用探讨随着社会经济的发展，城镇化水平在不断提高，因此，城市能够建设的空间也在不断减少，面对这一现象，城市在进行建设时会选择超高层建筑，这样不仅能够扩大人们的生存空间，而且也能够有效缓解土地问题。
然而，在对超高层建筑进行建设时，也存在一些问题，其中最主要的问题就是建筑结构的稳定性。
在进行建设时，不仅要保证施工技术等资源的应用质量，而且也要促进施工与设计环节的契合性，进而解决在建筑过程中所遇到的问题。
一、提升超高层建筑结构设计稳定性的重要性随着社会经济的发展，城镇化水平的发展，城市建设逐渐向超高层建筑结构设计发展。
而建筑超高层发展能够有效缓解中低层建筑的密集拥堵问题。
这也在一定程度上对建筑结构的稳定性提出了更高的要求。
如果建筑结构无法保证稳定性，那么在后期就可能会对人们的生命财产安全造成影响。
为了能够有效保证建筑结构的稳定性，施工人员可以采用弹塑性分析技术，这样不仅能够对施工技术和材料的使用进行优化，而且也能够有效促进超高层结构建设稳定性的提高。
另外，在具体的建设过程中，工作人员也要对地震灾害所产生的影响进行重视，并把其考虑到建设中，进而促进超高层建筑结构稳定性的提升。
二、弹塑性分析技术概述弹塑性分析技术从本质上来讲就是从建筑结构变化角度展开分析，通过对建筑结构施加外在应力，进而判断建筑结构是否具有稳定性。
某超高层结构的弹塑性时程分析
不倒 ” 的设 防要 求。
关键 词 复 杂超 高层 结构 ，弹塑性 时程 分析 ， 抗 震性 能 ， 罕遇 地 震
Ｅｌ ａ ｓ ｔ ｏ － ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｔｉ ｍｅ Ｈｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｙ Ａห้องสมุดไป่ตู้ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ Ｈｉ ｇ ｈ－ ｒ ｉ ｓ ｅ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
摘
要
对 于超 限的复 杂 高层 建 筑 结构 需要 进 行 弹 塑 性 分析 和 计 算 来验 证 “ 大震 不倒 ” 的设防要求。
某超 高层 结构 结构布 置 复杂 ， 高度 超 限 ， 为 了研 究其 在 地震 作 用下 的抗 震 性 能 ， 对 其进 行 弹 塑性 时程 分
析 。采 用 Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ一 ３ Ｄ 、 Ｎ ｏ ｓ ａ Ｃ Ａ Ｄ 建 立模 型 ， 主要 分 析 结 构在 ７度 罕遇 地 震 下 弹塑 性 时程反 应 ， 研 究结 构 在 大震作 用下 受力状 态和 变形 能 力 。通过 对 两个程 序得 到 的结 构在 罕遇 地震作 用下 的整体 反应 指标 和
第２ ９卷第 １期
２ ０ １ ３年 ２月
结
构
工
程
师
Ｖｏ １ ． ２９．Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ３
Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｌ Ｅｎｇ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｓ
某超 高 层 结 构 的弹 塑性 时 程分 析
张 云 雷 吴 晓 涵
（ 同 济 大 学 结 构 工 程 与 防灾 研 究 所 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ）
YJK动力弹塑性时程分析详解
目标最佳。
2 弹塑性时程分析流程
完整的弹塑性时程分析过程如下图所示，程序提供下图所有功能模块，计算完成后以图 形和表格的方式输出超限结构弹塑性分析报告所用数据。
线弹性分析 与设计
分析与设计 施工图
选择地震波
3组或7组
弹塑性时程 分析
生成数据
含钢筋数据
动力方程求解
NewMark数 00200 -0.00200 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 0.00000 -0.00100 0.00000 -0.00000 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 0.00000 -0.00200 0.00200 0.00100 -0.00000 -0.00100 … 对话框中参数应按如下方式设置： 步长设置：0.02； 故数据起始行号：5，因前 5 行数据为说明行； 一行数据个数：5。
4.1.2 地震波选择
弹塑性动力时程分析结果，对地震波的依赖程度比较高。同一结构，采用不同的地震波， 计算结果可能有非常明显的差异。依据《高规》[4]5.5.1 条第 6 款：进行动力弹塑性计算时， 地面运动的加速度时程的选取、预估罕遇地震作用时的峰值加速度取值以及计算结果的选用 应符合该规程第 4.3.5 的规定。
弹塑性时程分析
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。
基本原理多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为：式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。
将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。
式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。
动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。
基本步骤弹塑性动力分析包括以下几个步骤：(1) 建立结构的几何模型并划分网格；(2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵；(3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算；(4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。
计算模型在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。
在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。
以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。
其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。
它的主要优点有：(1) 应用范围广泛，可以使用在梁单元、壳单元和实体单元等各种单元类型中，并与钢筋单元共同工作；(2) 可以准确模拟混凝土结构在单调加载、循环加载和动力荷载下的响应，并且可以考虑应变速率的影响；(3) 引入了损伤指标的概念，可以对混凝土的弹性刚度矩阵进行折减，可以模拟混凝土的刚度随着损伤增加而降低的特点；(4) 将非关联硬化引入到了混凝土弹塑性本构模型中，可以更好的模拟混凝土的受压弹塑性行为，可以人为指定混凝土的拉伸强化曲线，从而更好的模拟开裂截面之间混凝土和钢筋共同作用的情况；(5) 可以人为的控制裂缝闭合前后的行为，更好的模拟反复荷载作用下混凝土的反应。
罕遇地震下高层建筑弹塑性动力时程反应分析
２ ０ １０ 年 ９ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣｒＵＲＥ
Ｖ０． ６ Ｎｏ ２ １３ ． ７
Ｓ ｐ ２ １ ｅ． ００
・７ ・ ５
文章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ ２ —０ ５０ １ ０ —８ ５ ２ １ ）７０ ７ —２
钢筋模拟成两块钢筋板 ， 矩形梁共 需要 ５ ２十２ｘ６ ＝６ ０个高斯 １ ４ ４ 积分点 。钢筋混 凝土 柱 ： 可以将 四周钢筋 模拟 成 四块 钢筋板 ， 其
平 面和竖 向均不规则 Ｂ级 高度 高层建 筑进 行 了罕遇 地震 下动
力弹塑性 时程分析 ， 评估 了该结构抗震性能 。
２ 结 构和 有限 元模型
小 。结合建筑的平立面布置 ， 楼单体采 用钢筋混凝 土框 架一 核 塔 心筒体 系。楼面采 用钢筋 混凝土 现浇楼 板 ， 围柱 子 ， 外 根据计 算
需要 ， 采用 型钢混凝 土柱 ， 以满 足结构设 计 的需要 。该结 构抗震
３ １ 结 构楼层 最 大 响应 曲线 ．
结构 弹塑性动力时程分析采用 了 Ｓ ＨＷ３地震动时程 曲线 ， 并 分别得到各条 时程 的楼层位移 、 层间位移角曲线 ， 图 １ 如 ～图 ４所 示 。可 以看到 ： 在罕遇地震作用 下该塔楼两个 方 向的最大层 间位
罕遇 地 震 下 高层 建 筑 弹 塑性 动 力 时程 反 应 分 析
刘 福 章
摘 要： 通过对一平面及 竖 向均不规则且高度超 限的高层建 筑进 行的罕遇地震 下动力弹塑性时程分析 ， 评估 此类结构在
罕遇地震作用 下的抗震设计 。
关 键 词 ： 层 建 筑 ， 遇 地 震 ， 力 弹 塑性 时程 分 析 高 罕 动 中 图分 类 号 ： ９ ３ ２ ＴＵ ７ ．５ 文献 标 识 码 ： Ａ
58超高层建筑在剪力墙结构上的弹塑性时程探讨
58超高层建筑在剪力墙结构上的弹塑性时程探讨Discuss the Elastic-plastic Time-histories of Shear Wall Structure in High-rise building■郭梅霞 1 鲁永生 2 ■Guo Meixia1 Lu Yongsheng2[摘要] 经济的繁荣带动了超高层建筑产业的迅速发展，尤其在沿海地区比较发达的城市，人们更是给予超高层建筑过于密切的关注。
随之而来所面临的是如何使建筑在罕遇的地震作用下，也能不发生倒塌现象。
解决这一问题的有效途径就是采取对结构进行弹塑性验算的方法，以此保证目标的实现。
[关键词] 超高层建筑弹塑性变形验算[Abstract] The economic prosperity led to the rapid developmentof high-rise construction industry, especially in the moredeveloped coastal areas of the city, where people give too closeattention to high-rise building, so the next step is how tomake the building does not occurs the collapse phenomenonunder the rare earthquake. Therefore, an effective way to solvethis problem is to adopt a method of elastic-plastic checkingthe structure so as to make sure the realization of the goals[Keywords] Super high-rise buildings, elastic-plastic, deformationcheck随着中国人口的急剧增加和应对经济的发展需要，建筑行业突飞猛进地发展。
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究一、本文概述本文旨在探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性分析方法及其抗震性能评估。
地震是自然界中常见的灾害性事件，对人类社会和建筑结构产生深远影响。
高层建筑由于其特殊的结构特点和高度，使其在地震中更容易受到破坏。
因此，研究高层建筑结构的抗震性能，特别是在弹塑性阶段的分析和评估，对于提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失具有重要意义。
本文将首先介绍高层建筑结构抗震弹塑性分析的基本理论和方法，包括弹塑性力学基础、结构分析模型、地震动输入等。
在此基础上，探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性响应特点，包括结构变形、内力分布、能量耗散等。
然后，本文将重点介绍高层建筑结构抗震性能评估的方法和技术，包括静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、易损性分析等。
这些方法和技术可以用于评估高层建筑结构在地震中的安全性能和抗震能力。
本文还将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的应用进行案例研究。
通过实际工程案例的分析，探讨不同分析方法和技术在实际工程中的应用效果，为高层建筑结构的抗震设计和评估提供参考和借鉴。
本文将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的未来发展趋势进行展望，提出相关的研究建议和展望。
通过本文的研究，可以为高层建筑结构的抗震设计和评估提供更为科学、合理的方法和技术支持，有助于提高高层建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失。
二、高层建筑结构抗震弹塑性分析方法的研究高层建筑结构的抗震弹塑性分析是评估建筑在地震作用下的响应和性能的重要手段。
随着建筑高度的增加，结构的柔性和非线性特性愈发显著，因此，采用弹塑性分析方法可以更准确地模拟结构在地震中的实际行为。
材料本构关系的研究：高层建筑的抗震性能与其组成材料的力学特性密切相关。
研究材料在循环加载下的应力-应变关系、滞回特性以及损伤演化规律，是弹塑性分析的基础。
通过试验和数值模拟，可以建立更精确的材料本构模型，为结构分析提供数据支持。
基于性能化设计的超高层钢筋混凝土结构弹塑性时程分析
方法） ． 基于静力弹塑性分析方法 的局 限性 ， 对于 大型结构则较多的采用弹塑性时程分析方法． 弹塑
性 时程 分析方 法 能够 计 及 地 震 反应 全 过程 各 时 刻
由图 １ 可知 ， 弹塑性分析计算是结构抗震性能 设计 的手段之一 ， 对满足第 ３— ５级性 能水准的结
摘
要： 结构抗 震性 能化 设计 已在 我 国“ 超 限 高层 建 筑 工程 ” 的抗 震 设 计 中得 到 广 泛应 用， 其
中弹 塑性 时程 分析 方 法是 实现抗 震性 能化 设计 的主要 途径 ． 结 合 工程 实例 ， 利用Ｐ Ｅ Ｒ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ一 ３ Ｄ
软 件 建立 了某超 高层钢 筋 混凝 土结构 的 弹塑性模 型． 基于 Ａ Ｔ Ｃ一 ４ ０ ， Ｆ Ｅ ＭＡ一３ ５ ６规 范 ， 结合 我 国 规 范定义的性 能 目标 ， 对 关键 构件 和耗 能 构件 的抗震 性 能进 行 了评 估 ， 得 到 整体 结 构 响应 、 构件
征…． 下图 １ 归 纳 了抗震 性 能化设 计 的基本 流程． １ ． ２ 基 于性 能化 设计 的弹 塑性 分析 方法
方法． 正确的采用抗震性能化设计有利于把握超高 层 结构 的抗震 性能 ， 帮助 结构 工程 师有 针对 性地加 强结构的薄弱部位 ， 达到抗震设计要求． 其中， 选择 合适的弹塑性分析方法是 实现抗震性能化设计的 关键 ． 常用的弹塑性分析方法包含： 静力弹塑性分析
纤 维 模 拟 柱 单 元基 于平 截钢筋 的应力 一 应变 关系． 纤维截面需手动划分 ， 并可输入约束混凝土纤
维．
Ｆ Ｅ Ｍ Ａ梁模型基 于弦转角模型 ， 需手动输人塑 性铰的弯矩 一 转 角曲线． 由于缺少试验资料 ， 故通
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超限高层建筑结构的动力弹塑性时程分析
作者：王启文， 敖国胜， 周斌
作者单位：深圳建筑设计研究总院,广东深圳 518031
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