第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 PKPM-SAUSAGE工程应用所发现的结构布置问题 王欣 （广州容柏生建筑结构设计事务所.
广州510170) 提要PKPM-SAUSAGE采用显式时程分析方法进行弹塑性分析，采用PKPM-SAUSAGE试算了大量个实际工程模型， 发现适当的结构布置调整措施，可有效改善结构抗震性能.
增加电梯间内剪力墙的平面外的束，可有效抑制剪力墙的平面外 变形.
采用结构开洞，可避免长墙受剪破坏.
伸臂析架无需贯通核心筒，仅需要将核心筒与外框之间的钢构件的内力有效传 递于核心筒即可，调整剪力墙平面布置，可改变剪力墙所分配到的水平地震作用力，避免单个构件破坏.
调整剪力墙形状， 将剪力境的侧边线改为斜线，以保证剪力墙的轴压比沿竖向缓慢变化，避免应力局部集中.
关键词PKPM-SAUSAGE：弹塑性分析：结构布置； 1.PKPM-SAUSAGE软件简介 PKPM-SAUSAGE由广州建研数力建筑科技有限公司独立开发的专业非线性分析软件.
PKPM-SAUSAGE采用创新的GPU数据访问存储技术以及新型有限元并行分析技术，解决了大规模数据运 算的速度瓶颈，极大地提高了分析精度.
PKPM-SAUSAGE借鉴ABAQUS的技术条件，并采用ABAQUS 进行大量实际工程算例的测试对比，表明了SAUSAGE已具备结果准确、计算效率高、建模便利的特征， 并通过了专业评审，可应用于工程实践.
PKPM-SAUSAGE时程分析采用显式分析方法，即为中心差分法，其平衡方程可以表示为： (1) 式中，△r为计算步长，{为下一时刻的位移向量：{} 为当前时刻已知位移向量：{}为上 一时刻已知位移向量：F，为结构所承受的节点外力向量：[M为集中质量矩阵：[C为阻尼矩阵： 2.结构布置调整措施 本文采用PKPM-SAUSAGE试算了大量个实际工程模型，可发现适当的结构布置调整措施，可有效改 善结构抗震性能.
2.1增加电梯间内剪力墙的平面外约束 实际工程中，建筑要求核心筒内布置有多个电梯间，电梯间内无法布置楼板.
于是造成电梯间内剪力 墙的平面外变形不受约束.
出于建筑与设备专业需要，个别楼层的层高达到6米或以上，这对电梯间内剪 力墙的平面外受力更为不利.
试算某实际工程，发现电梯间内剪力墙表现出较为严重的损伤破坏，见图1.
为有效抑制剪力墙的平面外变形，可在电梯间区域布置梁构件.
与剪力墙平面外相交的梁构件，可以 为剪力墙提供平面外约束.
在有限元计算中，限于有限元计算假定，采用梁单元模拟时该梁构件，梁单元 只能为剪力墙提供一个点约束.
而采用壳单元模拟该梁构件，壳单元可为剪力墙提供多个点约束.
显然， 壳单元的模拟效果优于梁单元.
另外，建议加大该梁构件的截面高度，以提供更多的平面外约束.
在不影响建筑与设备专业的前提下，
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 可取截面高度为1米或以上.
经修改，再次试算该实际工程，发现电梯间内剪力墙已无明显损伤破坏，见图1.
a)调整前（梁单元） b）调整后（电梯间区域增设梁构件，壳单元） 图1修改电梯间区域梁构件前后的剪力墙损伤分布图 2.2剪力墙结构开洞 试算某实际工程，发现剪力墙的长度达到10米时，剪力墙腹部会出现明显的损伤分布，见图2.
对于 长墙，其刚度远远大于短墙，其所承受的水平地震作用力较大，直接导致其剪力过大.
根据材料力学，腹 部处剪应力最大，故易出现受剪破坏.
为避免长墙受剪破坏，建议采用结构开洞，将长墙分为2片短墙与连梁.
修改前后，损伤分布对比见 图2，可发现结构开洞可有效避免墙身破坏.
《高层建筑混凝土结构技术规程》7.1.2条也规定：墙长不宜 大于8米.
考虑到结构开洞，会前弱结构刚度，也可采用多连梁，见图2与图6.
实际工程试算发现，墙长10米 时，取洞宽1.5米，开洞前后的结构周期差别不超过5%.
另外，长墙采用结构开洞，可释放混凝土收缩应 力，避免收缩裂缝.
补充说明，考虑到连梁的耗能作用，实际工程应用中宜尽可能多布置连梁.
比如：电梯间区域设有走 道，在不影响走道使用空间时，可在走道上方增设连梁.
a)调整前（无结构开洞） b）调整后（结构开润，三连梁） 图2结构开洞前后的剪力墙损伤分布图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2.3伸臂析架贯通核心筒问题 《高层建筑混凝土结构技术规程》10.3.2条规定，伸臂桁架宜贯通核心筒.
笔者以为，伸臀桁架用 于将核心筒与外框协同受弯，以提高抗侧刚度.
结构设计中，将核心筒与外框之间的钢构件的内力，有效 传递于核心筒即可.
考虑到核心筒的剪力墙较长，根据圣维南原理，钢构件的内力只受与钢构件相邻的剪 力墙的影响，故无需将伸臂桁架贯通核心筒内的整片剪力墙，仅需在钢构件与剪力墙相连处剪力墙内布置 水平弦杆、斜腹杆、钢骨柱.
试算某实际工程，核心筒的剪力墙设有门洞，伸臂桁架无法贯通核心筒，但 损伤破坏较轻，见图3.
图3设有伸臂桁架的核心筒损伤分布图 2.4调整剪力墙平面布置 试算某实际工程发现，图4中圈出的剪力墙出现明显损伤，其损伤分布见图5.
通常情形下，建筑楼 层结构可满足刚性楼板假定，于是可按各抗侧构件的刚度分配其水平地震作用力.
剪力墙属于受弯构件， 矩形截面的抗弯惯性矩I=bh/12，故调整截面高度大小，可有效改变构件的刚度.
再次试算发现，适当调 整剪力墙的墙长，可有效避免剪力墙损伤，见图5.
a)调整前（剪力境较长） b）调整后（剪力墙较短） 图4调整剪力境平面尺寸前后剪力境的平面布置图 a)调整前（剪力境较长） b）调整后（剪力墙较短） 图5调整剪力境平面尺寸前后剪力墙的损伤分布图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2.5调整剪力墙形状 剪力墙缩进位置处，由于截面变化，缩进位置的上下轴压比相差较大，可引起应力局部集中.
为保证 剪力墙的轴压比沿竖向缓慢变化，可调整剪力墙形状，将剪力墙的侧边线改为斜线.
调整剪力墙形状前后， 剪力墙的损伤分布见图6.
a）调整前（剪力境呈矩形，单连梁） b）调整后（剪力境呈多边形，双连梁） 图6调整剪力墙形状与连梁份数前后剪力墙的损伤分布图 3.结语 PKPM-SAUSAGE可有效应用于各种实际工程的弹塑性时程分析，并可以发现不当的结构布置可引起 的结构破坏问题.
通过采用合适的结构布置调整措施，即可有效改善结构抗震性能.
由此可说明， PKPM-SAUSAGE具有一定的工程应用价值.
参考文献 [1]王欣，李志山.SAUISAGE 软件动力弹塑性时程分析方法及其应用[J].建筑结构，2012，42(S2）：7-11 [2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
