第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 昆明金丽熙城项目商务楼A座弹塑性时程分析 王欣，吕坚锋 （广州容柏生建筑结构设计事务所.
广州510170) 提要昆明金丽照城项目商务楼A座位于昆明市五华区黄土坡汽车交易市场内，主体结构地上40层，结构高度171.8m， 抗侧力体系为钢筋混凝土框架-核心简结构.
为保证结构抗震安全，采用PKPM-SAUSAGE软件进行弹塑性时程分析，并对 结构采取适当的结构方案调整措施.
另外，采用ABAQUS进行弹塑性时程补充分析，以验证PKPM-SAUSAGE计算结果的 正确性.
总的来说，钢筋混凝土框架-核心简结构具有较好的抗震性能，可适用于8度区超高层建筑结构设计.
关键词弹塑性时程分析：框架-核心简结构：PKPM-SAUSAGE：ABAQUS： 1.工程概况 本项目位于昆明市五华区黄土坡汽车交易市场内.
主体结构地上40层，结构高度171.8m，建筑幕墙 高度188.8m.本项目抗侧力体系为钢筋混凝土框架-核心筒结构，结构各层平面形状呈长方形，长宽比1.08.
首层层高6.5m，2层、11层、26层层高分别为4.8m、4.5m、4.5m，其余楼层层高为4.2m.
结构二层对应 入口大堂处存在较大面积开洞，形成个别跃层柱.
标准层结构平面布置图见图1.
a)建筑效果图 b)标准层结构平面布置图 图1建筑效果图与标准层结构平面布置图 本工程所在地区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，地震设计分组为第三组，场地 土类别为Ⅲ类，特征周期值为0.65s.
本结构主要特点如下： 1）结构高度171.8m，参考《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，相应条件下的最大适用高度 仅为140米，属于高度超限结构.
2）本工程位于8度区，其地震响应较为激烈，对结构抗震性能要求较为严格.
鉴于如此，采用弹塑性时程分析，验算弹塑性变形相关要求，可作为保证结构抗震安全的重要手段.
作者简介：王欣，1984年9月，男，硕土，一级注册结构工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2.PKPM-SAUSAGE软件简介 本项目采用PKPM-SAUSAGE软件进行罕遇地震作用下弹塑性时程分析.
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借鉴签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.
2.1显式分析方法 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) 2A 2A 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： 2.2结构阻尼设置 结构动力时程分析过程中，结构阻尼的设置对结构的动力响应有重要影响.
时程分析时，可选用振型 阻尼作为阻尼计算方法.
阻尼阵表示为： [][][][][]=[5] (2) [25 M 0 0 0 0 250 []= M 0 0 (3) 0 0 '.. 0 0 0 0 25 M. 式中，[]为振型矩阵：为第n阶阻尼比：第n阶圆频率：M为第n阶广义质量.
罕遇地震 下，各阶振型的阻尼比一般取为5%.
2.3本构关系 混凝土本构关系选用弹塑性损伤模型，该模型可较为准确反应混凝土材料在各向拉压条件下的屈服准 则、受拉软化行为、受压硬化及软化行为、刚度及强度退化等力学特征.
其中，混凝土材料轴心抗压和轴 心抗拉强度标准值按《混凝土结构设计规范》取值.
需要指出的是，偏保守考虑，计算中混凝土均不考 虑截面内横向箍筋的约束增强效应.
时程分析中，某单元的受力状态，可表现在应力空间中的某位置处.
若该位置已进入屈服面，采用Newton-Raphson算法求解该位置的一组关于塑性应变增量的非线性方程组， 以提高求解的精度和收敛性.
钢材本构关系采用双线性随动硬化模型.
考虑包辛格效应，在循环过程中，无刚度退化.
2.4构件模型 梁、柱及斜撑采用Timoshenko梁单元模拟，该单元计入剪切变形刚度，转角和位移各自独立插值.
剪 力墙、连梁和楼板采用壳单元模拟，该单元可计入转角变形.
本构关系中，以应力应变为分析对象，而梁
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 单元截面不同位置处应力应变不等，壳单元厚度不同位置处应力应变不等，故梁单元需要采用纤维梁模型， 壳单元需要采用分层壳模型.
3.结构方案调整措施 弹塑性时程分析试算，可发现核心筒出现一定程度损伤破坏.
针对结构存在的薄弱部分，拟采取如下 结构方案调整措施： 3.1加大配筋 加大底部剪力墙的配筋率，可作为提高剪力墙的承载力的重要手段.
针对试算中所发现剪力墙损伤分 布情况，各楼层剪力墙配筋率见表1.
另外，在剪力墙内布置若干钢骨柱，可有效抑制剪力墙受弯时所产 生的混凝土拉应力.
表1各楼层剪力墙配筋率 楼层范围 核心简外墙部分 Y向内墙 其余内墙 1~2 2. 0% 3~5 1.5% 0.70% 6~10 1. 0% 11~15 0. 70% 0.50% 16~26 0. 50% 27~顶层 0. 35% 0. 35% 注：表中“核心简外墙部分Y向内墙”指图2中洋红色墙体，表中“其余内墙”指图2中黑色墙体.
E D C B 2345 (6 图2结构平面布置示意图 3.2增设连梁 连梁可作为耗能构件，可有效保护墙身安全.
实际工程中，可以采用多种方式增设连梁.
比如：调整 剪力墙之间框架梁的截面高度，以满足高跨比小于5，框架梁即可具有连梁特性.
不影响建筑功能前提下， 单连梁可改为双连梁.
另外，为真实研究连梁的性能，建模过程中宜采用壳单元模拟连梁，不宜采用梁单 元模拟连梁.
增设连梁前后，剪力墙的损伤对比见图3与图4.
3.3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， 剪力墙的损伤对比见图4.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 a)调整前（梁高500，跨度3000，跨高比6，梁元） b)调整后（梁高800，跨度3000，跨高比3.75，壳单元） 图3调整连梁前后剪力境的损伤分布图 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4调整剪力墙形状与连梁份数前后底部剪力墙的损伤分布图 4.PKPM-SAUSAGE与ABAQUS计算结果对比 为验证PKPM-SAUSAGE计算结果的正确性，本文采用ABAQUS进行对比计算.
ABAQUS是通用 有限元分析软件，具有强大的非线性分析功能，是目前国内结构弹塑性动力时程分析应用最多的软件之一.
本文选取选用某双向地震波进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，结构总体计算指标见表2.
表2结构整体计算结果 软件 PKPISALSAGE ABAQUS 第1周期（s） 3. 60 3.61 第2周期（s） 3.36 3.37 第3周期（s) 2.19 2.22 总重(kN) 000816 924470 X向最大层剪力（kN) 106446 94295 Y向最大层剪力（kN) 82719 70040 向最大层位移角 1/102 1/117 Y向最大层位移角 1/120 1/130 层间位移角曲线见图5，层间剪力曲线见图6，剪力墙损伤分布见图7.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 45 45 40 40 35 35 30 30 楼 25 SAUSAGE 25 SAUSAGE =-ABAQUS ==-ABAQUS 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 0 1/200 1/100 0 1/200 位移角 1/100 位移角 a)X向 b) Y向 图5 层间位移角对比 45 45 40 40 SAUSAGE SAUSAGE 35 35 =• ABAQUS ABAQUS 层 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10 5 0 50000 100000 150000 0 50000 100000 剪力(kN) 剪力(N) a)X向 b) Y向 图6层间剪力对比 a) SAUSAGE b) ABAQUS 图7轴线B处剪力墙损伤对比 经对比，可发现PKPM-SAUSAGE计算结果与ABAQUS较为吻合.
由PKPM-SAUSAGE计算结果， 对本结构的弹塑性分析可做出如下评价： 1）主体结构在各组地震波作用下的最大弹塑性层间位移角X向为1/102，Y向为1/120，满足框架- 核心筒结构的规范限值1/100，满足“大震不倒”的设防要求.
