第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 昌新家园一期1#楼结构抗震性能评估 任重翠，徐自国，肖从真，潘宠平，刘征²，张克² （1.中国建筑科学研究院，北京100013：2.大连万达商业地产股份有限公司，大连234000) 提要：温州永嘉县瓯北镇龙桥村村民安置房工程（昌新家园）一期1#楼，抗震等级为三级，结构纵向受力钢筋 未做抗震设防性能检测，根据现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的相关要求，进行罕遇地震作用下的 结构动力弹塑性分析.
结果表明，在设防烈度罕遇地震下，剪力墙和框架柱的主要受力钢筋发生的变形（总伸长 率）均未超过《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）规范中的对于普通钢筋最大力总伸 长率的要求：局部连梁出现型性，表现出一定的延性耗能特征：结构基本处于弹性工作状态，能满足整体结构大 震不倒的抗震性能要求.
因此，采用动力弹塑性分析方法可以有效评估未检验钢筋抗震指标结构的抗震安全性.
关键词：剪力墙结构：抗震性能评估：动力弹塑性分析 1引言 根据2013年9月27日温州经济技术开发区住房与建设局整改通知单中第十一条：部分抗震等级为三 级，未对钢筋抗震指标复检不符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011年版）第5.2.2 强条的规定，其框架（框架梁、框架柱、框支梁、框支柱及板柱一抗震墙的柱等）和斜撑构件（含梯段） 纵向受力钢筋均需做抗震设防的性能检测.
因质检公司取样员对新规范的不熟悉，导致结构中很多位置的 纵向受力钢筋未做抗震设防的性能检测，应浙江省质量技术监督局要求，对抗震等级为三级且结构纵向受 力钢筋未做抗震设防性能检测的结构，应根据现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的相关要求， 进行罕遇地震作用下的结构动力弹塑性分析.
受项目施工单位浙江新邦建设有限公司委托，针对温州永嘉县瓯北镇龙桥村村民安置房工程（昌新家 园）一期1#楼结构，进行结构在预估的罕遇地震作用下的受力特征及抗震性能分析.
结合结构的变形和关 键抗侧力构件的塑性状态，评估结构在罕遇地震作用下的抗震性能，为结构抗震性能评估提供有利的参考 意见.
2工程概况 温州永嘉县瓯北镇龙桥村村民安置房工程（昌新家园）一期1#楼，建筑高度为86.37米，地上27层， 地下1层，地下室层高4.8米，底层层高3.62米，第2-27层层高均为2.9米.
结构主体采用钢筋混凝土框 架剪力墙体系，如图1所示.
结构施工图中剪力墙厚度、结构材料等信息如表1所示.
结构抗震设防烈度为6度（0.05g），抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组，场地类别为II类， 场地特征周期为0.45s.
基金项目：十二五国家科技支撑计划课遥（2012BAJ07B01).
院课癌20061902420730043. 作者简介：任重景（1983-)，女，工学硕士，一级注册结构工程师，Enai1:renchongcui@cabrtech. co.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 8. 56.4m 标准层结构布置 6 56.4m 首层结构布置 28m 69m 地下室结构布置 图1结构抗侧力体系和典型楼层平面图 表1 结构基本信息 层号 标高/m 层高m 墙柱砼等级 境厚/mm 梁板砼等级 地下室 -4.85 4.8 C45 300 C30 1 -0.05 3.62 C45 240 C30 2-6 3.57-15.17 2.9 C45 240 C30 7-11 18.07-29.67 2.9 C40 240 C30 12-16 32.57-44.17 2.9 C35 240 C30 17-27 47.07-76.07 2.9 C30 240 C30 跃层 78.97 2.9 C30 240 C30 屋面1 81.87 4.5 C30 240 C30 屋面2 86.37 3动力弹塑性分析方法 依照国家相关规范要求，对抗震等级为三级且结构纵向受力钢筋未做抗震设防性能检测的结构仅通过 弹性分析难以把握结构的整体抗震性能，应对其进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，研究结构在罕遇 地震作用下的结构变形形态、构件内力及其塑性损伤等情况，寻找结构的薄弱部位.
采用有限元分析软件ABAQUS进行动力弹塑性分析.
梁和柱采用基于Timoshenko（铁木辛柯）梁理 论的线性积分纤维梁单元模拟，考虑了剪切变形和转动惯量的影响.
剪力墙和楼板采用线性缩减积分且能 考虑多层钢筋的分层壳单元模拟.
楼板按照实际厚度计算.
整个动力弹塑性分析过程中考虑了以下非线性因素：几何非线性-包含"P-A"效应、非线性屈曲效应 和大变形效应等：材料非线性-直接采用材料非线性应力-应变本构关系模拟钢筋、钢材及混凝土的弹塑 性特性：施工过程非线性-按照整个工程的建造过程，采用“单元生死"技术，分3个阶段进行施工模拟.
钢材采用双线性随动硬化模型，在应力应变循环过程中，考虑了包辛格效应，不考虑刚度退化.
钢材 强屈比为1.2，极限应变为0.025.
混凝土采用能够考虑拉压强度差异、刚度及强度退化、拉压循环裂缝闭合呈现的刚度恢复等性质的弹 塑性损伤模型计算，且使用了自主开发的混凝土材料用户子程序口模拟钢筋混凝土梁柱构件的混凝土材 料.
分析中，混凝土轴心抗压、抗拉强度标准值按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）表4.1.3取
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 值，偏于保守，不考虑箍筋的约束增强效应，混凝土本构关系曲线如图2所示.
SNy=（1-dc）Ea，润凝土受压损伤后的抗压别度 SDN为混减土受压损伤后的抗压强度 湘凝土受压 损因子Dc 1.0- a W- SD 植强应受压损伤因子 因湿减士强度不同面变化 3 图2混凝土单轴应力状态及受压损伤定义示意 图3应变能密度示意图 在弹塑性损伤本构模型中，刚度的降低分别由受拉损伤因子d和受压损伤因子d来表达.
采用Najar 的损伤理论，脆性固体材料的损伤定义为（图3）： D=W-W （1） W 式中W和W分别为无损伤材料及损伤材料的应变能密度，W.
= :E:.W= 1 :E:6，E和E分 2 2 别为无损伤材料及损伤材料的四阶弹性系数张量，6为相应的二阶应变张量.
4抗震性能分析 4.1基本特性和地震动输入 结构总质量为42153吨.
周期计算结果如表2所示.
结构的第一阶扭转与第一阶水平振动周期之比 T/T=1.70/2.45=0.69<0.85，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.4.5条中混合结构及复 杂高层建筑不应大于0.85的规定. 表2 结构振动周期 振型 振型特征 周期s 一阶 X向一阶平动 2.45 二阶 Y向一阶平动 2.09 三阶 一阶扭转 1.70 四阶 X向二阶平动 0.75 五阶 Y向二阶平动 0.53 六阶 二阶扭转 0.43 根据规范要求选取了三组地震波、双向输入，共计6种分析工况进行计算. 其中，结构反应较强烈的 一条天然波的时程曲线和反应谱曲线如图4所示. 设防烈度6度（0.05g）罕遇地震加速度峰值取125gal， 双向地震波加速度峰值之比为1:0.85（KOCAELI090:KOCAELI000）. 罕遇地震下，结构的阻尼比将大于 5%. 取5%计算，得出的是偏保守的结果. 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 0.5 KOCAEL.1090注皮 KOCAEL1000波 25 KOCAEL I000 KOCAELI1090 t/s （a）时程曲线 （b）反应谱曲线 图4天然波时程曲线、反应谱曲线 4.2结构变形和结构剪力 结构楼层位移和层间位移角分布如图5所示. 6度罕遇地震作用下的结构顶点位移，X、Y主向分别为185mm、106mm：层间位移角，X、Y主向 分别为1/330（第14层）、1/245（第31层），均满足规范不超过1/100的要求. 从结构总体上看，X主向 的楼层层间位移角比Y主向大，表明X主向作用时结构进入塑性的程度较Y主向大. 29 62 23 23 17 17 11 11 X主向 X主向 →Y主向 Y主向 楼层位移/n 0.1 0.2 0 层间位移角 0 005 0.01 图5结构楼层位移和层间位移角响应 图6为结构在大震弹塑性时的基底剪力时程曲线，从曲线周期分布可以看出，X主向周期较Y主向长， 表明X主向时结构抗侧刚度下降较多，即结构发生了较大的塑性. 结构X、Y主向的基底剪力分别为 20009kN、26315kN，对应的剪重比分别为4.8%、6.4%. 30000 20000 10000 力 0 00001 20000 X主向 00000- -Y主向 0 20 25 图6结构基底剪力时程 4.3剪力墙塑性情况 图7为剪力墙受压损伤因子分布图. 可见，连梁发生一定范围的损伤，且X主向的损伤程度较Y主向 大，与结构变形和基底剪力结果一致. 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 DAMAGEC SNEG (fract (a）X主向 （b）Y主向 图7剪力境受压损伤因子分布图 LE Max.In-Plane Principal L Ra. l-FlaePl (Ag 794) （a）X主向 (b）Y主向 图8剪力墙钢筋应变分布图 图8所示，X主向最大应变为0.276%，Y主向最大应变为0.290%. 根据《混凝土结构工程施工质量 验收规范》GB50204-2002（2010年版）5.2.1条钢筋进场时，应按现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢 筋》GB1499等的规定抽取试件作力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定. 同时，根据《钢筋混 凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007代替GB1499-1998）7.3.1条规定，钢筋的最大力总 伸长率Agt为7.5%，且该项力学性能特征值，可作为交货检验的最小保证值：其7.3.3条规定对有较高要 求的抗震结构钢筋最大力总伸长率Agt不小于9%. 从计算结果可知，该结构剪力墙内钢筋的最大力总伸 长率符合规范要求. 4.4框架柱和梁塑性情况 图9为结构框架柱的钢筋塑性应变情况，最大塑性应变不到1pc，框柱基本处于弹性工作状态. 图10为楼面梁的钢筋塑性应变分布情况，可见仅X主向时出现较小的塑性应变，最大值仅为613E. 通过以上主要受力构件的钢筋应变结果可知，其换算最大力总伸长率最大不超过1%，远远低于实测 值. 表明结构主要构件内纵向受力钢筋应变水平较低，结构总体抗震能力有富余，结构安全性有保障.
