第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 珠江新城酒店大震弹塑性时程分析 王启文，周斌，杨旺华 （深圳市建筑设计研究总院有限公司，深圳518031） 摘要：珠江新城酒店结构总高度118.3m，采用框筒结构体系.
由于结构存在着扭转不规则、竖向刚度不连续 等多项不规则性，属于超限高层建筑，因此在设计中采用了基于性能的抗震设计，并对结构进行动力弹塑性时程 分析，在宏观上把握结构薄弱部位，并针对薄弱部位采取加强或者优化措施.
关键词：超限高层建筑：弹塑性时程分析：性能设计： 1工程概况 珠江新城酒店位移广州珠江新城D4-B2地块，盖成后将为广州乃至华南区第一个超五星级的酒店，其 建筑立面图和结构标准层平面图如图1，2所示.
该工程所在地区抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地，设计基本加速度值为0.1g，抗震设防类别为标准设 防类（丙类）.
2工程特点 结构体系为框架核心筒结构体系，结构总高度118.3m，结构外框南立面的3~4层采用桁架转换，北立 面4层采用SRC梁转换，由于建筑造型需要，在3-4层的核心筒西侧和18层采用斜柱，21层以上建筑平 面缩小，采用转换梁托上部斜柱，同时在此层的部分剪力墙出现不连续.
通过计算得知结构第一振型为扭 转振型.
针对结构存在着多项不规则性，有必要对其进行动力弹塑性时程分析，研究其在罕遇地震作用下的反 应、薄弱环节、破坏模式等，以便进行抗震性能评估.
作者简介：周斌（1980-），男，硕士，工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 图1建筑立面图 图2结构标准层平面图 3地震波的选取 按照抗规要求，罕遇地震弹塑性时程分析所选用一组人工波（RGB）和两组天然波（H115和C048） 进行弹塑性时程分析，分析中地震波按双向地震输入，双向地震输入的地震波峰值比分别为X：Y=1:0.85 和X：Y=0.85:1，地震波主方向峰值220gal，持续时间都为30s.
所选地震波计算的层间剪力与CQC法比较见表1. 表1时程基底剪力与CQC法计算基底剪力比值 Y 天然波1（H115）/CQC 天然波2（C048）/CQC 比值 1.06 1.12 1.08 从图3和表1可以看出，所选地震波计算的基底剪力与CQC法计算的比较接近.
4弹塑性分析目的及弹塑性分析模型 在本工程的非线性地震反应分析模型中，没有对设计模型进行简化，对结构刚度有贡献的构件均 按实际模拟.
4.1弹塑性分析目的 1）研究所采用的结构体系对结构抗震性能的影响，论证结构体系的可行性来.
2）研究关键构件的塑 性变形程度，确保结构的安全性：3）研究结构在罕遇地震作用下的整体变形，确保结构满足“大震不倒” 的设防水准要求：4）根据分析结果，针对结构薄弱部位和薄弱构件提出相应的加强或者优化措施，以指 导施工图设计.
4.2弹塑性分析模型 采用大型通用有限元软件ABAQUS，分析中施工模拟阶段采用ABAQUS/STANDARD求解器，地震 作用采用ABAQUS/EXPLICIT求解器.
模型的前处理采用自行开发的转换程序，同时开发了材料用户子程 序.
4.2.1材料 1）钢材 钢材的动力硬化模型采用双线性随动硬化模型（图3），在循环过程中，无刚度退化，但考虑了包辛格 效应.
钢材的强屈比设定为1.2，极限应力所对应的极限塑性应变为0.02.
2）混凝土
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 混凝土采用塑性损伤破坏模型，该模型可以分析存在微裂缝和微空洞的有损伤材料，以及这些损伤的 扩展与演变，直至宏观破坏形成的全过程，其特点是：以损伤系数作为构件进入塑性及破坏程度的判断标 志，能够考虑地震作用过程中循环荷载作用下的裂缝闭合所引起的刚度恢复效应，是目前有限元软件中较 为理想的一种模型.
ABAQUS的混凝土损伤模型理论的核心是假定混凝土的破坏形式是拉裂和压碎，混凝土进入塑性后的 损伤分为受拉和受压损伤，分别由两个独立的参数控制，以此来模拟混凝土中损伤引起的弹性刚度退化.
当单元达到塑性应变的极限值时，认为完全损伤，残余刚度近乎消失.
混凝土拉压刚度恢复示意见图4.
图3钢材随动硬化模型 图4混凝土拉压刚度恢复示意图 4.2.2分析模型单元 （1）模拟梁柱采用B31单元，ABAQUS中的B31单元考虑塑性区发展，杆件刚度由截面内和长度方 向动态积分得到，其双向弯矩和弯拉的滞回性能可由材料的滞回性能精确反映.
钢筋混凝土截面或钢骨混 凝土截面定义：不考虑钢筋和型钢构件和混凝土的相对滑移，程序根据平截面假定，对各个部分构件截面 积分点，计算出混凝土构件的截面弯矩、轴力和剪力.
如图5所示.
个 图5纤维梁单元截面模型 （2）剪力墙采用S4R单元，楼板采用S4R和S3R单元，剪力墙和楼板内的钢筋采用Rebar单元，可 以考虑多层钢筋布置，边缘构件和暗柱配筋采用箱形截面构件代替.
ABAQUS有限元模型如图6所示.
图6有限元模型
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 4.2.3模型中的阻尼 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 用振型阻尼来表示阻尼比，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（以下简称抗规）规定， 本结构在罕遇地震下的振型阻尼取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，故并不能直接代入振型阻尼.
通常的做法是采用瑞雷阻尼等效模拟振型阻尼，瑞雷阻尼分为质量 阻尼α和刚度阻尼β两部分，其与振型阻尼的换算关系为： 20220g 式中：和分别为结构频段A和B点的圆频率.
由于刚度阻尼β对结构稳定性影响很大，β值一般要求小于结构不设置阻尼时的时间增量步值，而对 于显示求解来说，通常结构的时间增量步较小，一般量级为10”，因此本分析不考虑β值.
4.2.4构件性能水准 1）构件性能评估方法 美国土木工程协会标准ASCE41-06（既有建筑抗震加固标准）给出了对于基于性能的抗震设计方法 关于构件变形性能指标限值的规定.
ASCE-06把构件性能水平分为以下四个阶段（图7）：充分运行阶段 （Operational，简称OP），基本运行（Immediate Occupancy，简称IO），生命安全（Life Safety，简称LS）， 接近倒塌（Collapse Prevention，简称CP）.
O（基本使用） RS LS（生会安全） 8 CP (接近创唱) 构件变形 图7构件力-变形骨架曲线与其性能状态划分图 （P为主要构件，S为次要构件） 2）构件性能水准 参考《高层建筑混凝土结构技术规程》和美国土木工程协会标准ASCE41-06，根据结构类型，设防 烈度等，制定结构在罕遇地址作用下的性能水准见表2： 表2结构罕遇地震作用下构件性能目标 地震烈度水准 大震 最大层间位移 1/100 底部加强层柱子（斜柱，框支柱，3MF层极短柱除外） 抗弯满足IO性能水准：抗剪不屈服 上部柱子（18和22转换斜柱除外） 抗弯满足LS性能水准：抗剪不屈服 底部斜柱、框支柱和3MF层根短柱，18和22层斜柱 抗弯满足1O性能水准：抗剪不屈服 构 件 底部加强层剪力墙 允许出现弹塑性变形，破坏程度轻微，可运行 性 上部剪力境 允许出现弹塑性变形，破坏程度可修复，保证生命安全 能 转换桁架（钢） 满足1O性能水准 框架梁 大部分抗弯满足LS性能水准，少部分满足CP性能水准：抗剪 不屈服 转换梁（3层、21层等） 抗弯满足10性能水准：抗剪不屈服
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 连梁 抗弯满足CP性能水准：允许少部分抗剪屈服 转换层楼板（2、3、4和22层） 没有出现大面积刚度退化大于0.7的部位，钢筋塑性应变小于 0.01 其他楼层楼板 允许弹型性变形，钢筋塑性应变小于0.02 5分析结果 5.1结构弹性与弹塑性分析结果对比 为了能更好了解结构进入塑性状态后整体变形情况，对结构在人工波作用下（X向为主方向输入）的 弹性与弹塑性整体指标进行对比，结果见图8至图10.
136 图8层位移和层间位移角曲线弹性与弹塑性结果对比 图9结构层间剪力曲线弹性与弹塑性结果对比图10地上首层剪力时程曲线弹性与弹塑性结果对比 从图8至图10可以看出，结构在人工波作用下（X向为主方向），不考虑材料非线性时，首层基底剪 最大值与小震地震影响系数最大值之比6.25，说明人工波计算结果较CQC法的大，这与表2-2中的对比结 果相符合.
考虑材料非线性时，基地剪力为57665kN，为弹性分析的0.64倍，说明结构部分构件已经进入 塑性阶段，结构变柔，地震作用减小.
弹性与弹塑性分析最大层间位移角分别为1/225和1/206，顶点位移 分别为344mm和348mm.
5.2弹塑性计算结果 整体计算结果见表3和图11.
结构在完成罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析后，结构最大层间位 移角X向为1/206，Y向为1/189，均小于《高规》对于框筒结构1/100的限制要求，在考虑重力二阶效应 和大变形情况下，结构最终不出现倒塌，满足“大震不倒”的设防要求.
表3结构整体指标 作用地震波（主方向） 人工波 天然波1（H115） 天然波2（C048）
