第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 丽泽SOHO防连续倒塌计算分析研究 马宏睿杜义欣！
肖从真！
康志宏？
（中国建筑科学研究院，北京100013）（SEBD中国有限公司，北京100020） 提要针对丽泽SOHO结构体型的特殊性，本文采用拆杆法选取4个关键部位进行了动力弹塑性分析， 通过对拆除之后结构的位移、应力等指标进行分析，对结构的防连续倒塌性能进行评估，为结构设计和后 期运营维护提供参考.
关键词防连续倒竭，动力弹塑性，拆杆法 0工程概况 丰台区丽泽金融商务区E-04地块商业金融用地项目，简称丽泽S0HO，位于北京市丰台 区丽泽桥东侧E04地块.
丽泽S0HO结构高度191.5m，地下4层，地上45层.
分两个反对 称的单塔建筑，每个单塔采用筒体-单侧弧形框架结构体系，两个单塔之间由4道椭圆形腰 桁架连接组成一个整体，形成主结构高度191.5m的反对称复杂双塔用跨度9~38m弧形钢连 廊组成的结构体系.
筒体-单侧弧形框架的两个单塔与椭圆形腰桁架组成，双塔之间在第13、 24、35层每个设备层及顶层处各设置一道连桥及腰桁架，见图2所示.
结构的抗侧力体系 主要由以下几种构件组成：圆钢管混凝土斜柱、钢筋混凝土核心筒、腰桁架、塔楼之间的连 桥等.
图1结构立面效聚图图2结构主要受力体系 1结构防连续倒塌的意义 结构的连续倒塌是由于意外荷载造成结构的局部破坏，并引发连锁反应导致破坏向结构 的其它部分扩散，最终使结构主体丧失承载力，造成结构的大范围场.
关国土木工程学会 将连续性倒塌定义为“初始的局部单元破坏向其他单元扩展，最终导致结构整体性的或大范 围区域的倒塌”.
结构一且发生连续倒塌将造成重大的生命财产损失，因而本工程必须考虑 马宏睿，女，1978年生，工学硕士，副研究员.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 如何避免结构发生连续倒塌这一问题.
针对本工程结构特殊性，在设计阶段充分考虑结构的防连续倒塌，通过多渠道减小结构 发生连续倒塌的几率.
研究结构在防止连续倒塌方面的薄弱环节，为运营期间的维护和类似 建筑的设计提供指导与参考.
2连续倒塌模拟计算方法 本工程采用弹塑性动力拆杆法，计算分析采用大型通用有限元分析软件一ABAQUS，该软 件被工业界和学术研究界广泛应用，是非线性分析领域的顶级软件.
钢筋混凝土梁柱单元采 用了建研科技股份有限公司自主开发的混凝土材料用户子程序进行模拟.
主要方法和步骤为：（1）建立结构ABAQUS有限元模型：（2）定义材料的本构关系，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）输入偶然荷 载时程并定义模型的边界条件，开始计算：（4）计算完成后，对结果（包括变形、应力、损 伤形态等）数据进行处理，对结构抗连续倒塌性能进行分析和评估.
计算中主要考虑了几何非线性和材料非线性.
3计算模型介绍 考虑到较为准确的结构分析需要模型具有足够的网格密度等因素，针对结构模型中的柱、 梁、楼板等进行网格副分.
网格剖分完成后，ABAQUS模型单元共计193154个，其中楼 板、墙等壳单元134961个.
根据我国《高层混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.12.4条给出了连续倒塌设计 数，静力分析时，当构件直接与被拆除竖向构件相连时取2.0，其他构件取1.0.
本工程直 接采取动力弹塑性的分析方法，不考虑动力放大系数.
根据以上荷载组合，结合本结构风的控制工况为Y向，在本文的拆除计算分析中的荷载 效应组合为1.0的恒荷载0.5的雪（活）荷载0.2Y向风荷载.
在拆杆之后的弹塑性分析中混凝土结构阻尼比取0.04，钢结构为0.02.
计算时长取为 10s.
4结构受损部位确定 本工程结合实际情况及静力弹性分析结果的破坏形式，确定结构损伤部位必须以结构的 受力分析及建筑布置特点为基础结合本项目结构特点，选取如下几个部位的关键杆件进行单 工况弹塑性动力拆杆法进行分析： 工况一：拆除45层一侧钢结构连桥杆件，如图3所示： 工况二：拆除35层一侧钢结构连桥杆件，如图4所示： 工况三：拆除Y型柱根部柱单元，如图5所示： 工况四：拆除顶层悬挑端钢梁和混凝土楼板构件，如图6所示：
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3上优一环陈部仅图4上优二环的证图5上元二务障即位图上况拆陈部位 5连续倒塌的弹塑性分析结果 选取如图7所示靠近连桥的柱位点作为特征柱位点A和远离连桥的柱位点作为特征柱位 点B，对上述各个分析工况分别提取A柱和B柱在杆件拆除前和拆除过程中的最大位移和位 移角进行对比分析.
5.1工况一弹塑性分析结果 拆除45层一侧钢结构连桥之后，结构的最大位移点在拆除分析的整个过程均集中在拆 除连桥附近的顶层楼面，该部位初始位移值约为0.12m，最大位移值约为0.14m，说明结构的 位移变化不明显.
提取与计算拆除连桥相邻柱点位移时程，时程曲线如图8所示，该点位移 在拆除后1.7s左右达到最大值，最大位移约为0.12m，之后该点围绕0.10m位移点震荡， 振幅逐渐减小.
由图中可以看出，结构的震动幅值较小.
整体结构在拆除构件之后1.5s钢结构应力达到最大值，最大应力为247MPa，说明结构 中的钢结构构件仍能保持弹性.
拆除45层一侧钢结构连桥之后，柱A顶端X向位移由静力下的45.4mm放大到63.1mm， Y向位移由静力下的5.9mm放大到52.7mm：柱B顶端X向位移由静力下的55mm放大到80.2mm， Y向位移由静力下的53.2mm放大到77.7mm.
拆除45层一侧钢结构连桥之后，A柱X向最大层间位移角为1/810，Y向最大层间位移 角为1/805，A柱层间位移曲线对比如图10所示：拆除连桥之后B柱X向最大层间位移角为 1/2530，Y向最大层间位移角为1/3104.
说明拆除顶部连桥后，靠近连桥的柱A层间位移角 较大.
通过工况一的拆除后弹塑性动力计算分析，结构不会发生倒塌，更不会引起整个结构的 连续性倒场.
0.15 位 0.10 移 m 0.05 时间(s) 000 0 6 10 图7特征柱位点位置示童图图8结构最大位移点位移时程
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 200 180 180 160 160 140 140 120 120 E 100 E 原结构 质 100 高 08 拆除后 08 原结构 60 1/1000 60 拆除后 40 40 1/1000 20 20 0 0 A柱Y向层间位移他 0.001 0.002 图9工况一A柱位移角曲线对比 5.2工况二弹塑性分析结果 选取35层一侧钢结构连桥杆件拆除后剩余悬臀连桥端节点，该节点在拆除工程中的位 移时程如图所示，该点在1.05s位移达到最大值0.123m，随后呈自由震荡状态，之后由于 结构阻尼作用振幅逐渐衰减.
整体结构在拆除构件之后5.5s钢结构应力达到最大值，最大应力为233MPa，说明结构 中的钢结构构件仍能保持弹性.
拆除35层一侧连桥之后，柱A顶端X向位移由静力下的45mm放大到48mm，Y向位移 由静力下的5.9mm放大到10.2mm：柱B顶端X向位移由静力下的55mm放大到59mm，Y向位 移由静力下的53.2mm放大到57.5mm. 拆除35层一侧连桥之后，A柱X向最大层间位移角为1/1060，Y向最大层间位移角为 1/1160，A柱层间位移曲线对比如图10所示：B柱X向最大层间位移角为1/6770，Y向最 大层间位移角为1/13739.
说明拆除中间一侧连桥后，靠近连桥的柱A层间位移角较大.
通过工况二的拆除后弹塑性动力计算分析，结构不会发生倒塌，更不会引起整个结构的 连续性倒場.
200 200 180 原结构 180 0.14 160 拆除后 1/1000 160 0.12 140 140 0.10 120 (w)3] 120 100 100 0.08 商 80 高 0.06 80 o.04 60 60 40 40 原结构 0.02 20 20 拆除后 00°0 0 0 1/1000 0 2 时间(s) 10 A柱X向层国位移用 0_0.00050.001 A001 图10结构最大位移点位移时程图11工况二A柱位移角曲线对比
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 年 5.3工况三弹塑性分析结果 拆除Y型柱根部柱单元后，拆除分析的整个过程结构的位移较大的位置均集中在拆除柱 所支撑的上部框架和楼面结构，该区域位移最大值约为0.075m.
选取Y型柱单元拆除后剩 余悬空柱端点，该节点在拆除之后的位移时程如图所示，该点在0.20s位移达到最大值 0.075m，随后呈自由震荡状态，之后由于结构阻尼作用振幅逐渐衰减.
整体结构在拆除构件之后5.5s钢结构应力达到最大值，最大应力为274MPa，说明结构 中的钢结构构件仍能保持弹性.
拆除Y型柱根部柱单元后，柱A顶端X向位移由静力下的45mm放大到51mm，Y向位移 由静力下的5.9mm放大到12.8mm：柱B顶端X向位移由静力下的55mm放大到61mm，Y向位 移由静力下的53mm放大到62mm. 拆除Y型柱根部柱单元后，A柱X向最大层间位移角为1/1071，Y向最大层间位移角为 1/1159：拆除连桥之后B柱X向最大层间位移角为1/6946，Y向最大层间位移角为1/5937.
说明拆除Y型柱根部后，靠近连桥的柱A层间位移角较大.
通过工况三的拆除后弹塑性动力计算分析，结构不会发生倒塌，更不会引起整个结构的 连续性倒场.
200 200 180 180 0.08 t0 160 140 140 0.075 120 120 WwWW 100 m 100 o00t/t 80 -1/1000 0 60 60 0.065 40 40 时间(s) 20 0.06 20 0 5 10 0.001 0.002 图12结构最大位移点位移时程图13工况三A柱位移角曲线对比 5.4工况四弹塑性分析结果 拆除顶层悬挑端钢梁和混凝土楼板构件后，在拆除分析的整个过程结构的位移较大的位 置均集中在拆除楼面结构附近，该区域位移最大值约为0.15m.
选取与楼面拆除结构相连接 的A点和B点（如图13所示），该工况楼面结构拆除后，A点和B点的位移时程如图所示， 此两点位移震荡幅值均2mm左右，呈自由震荡状态，之后由于结构阻尼作用振幅逐渐衰减.
说明该部分楼面拆除对与之相连的柱影响很小.
在杆件拆除瞬间，顶部少数杆件的应力超出弹性范围，大部分钢结构构件仍能保持弹性.
拆除顶层悬挑端钢梁和混凝土楼板构件后，由柱A和柱B的位移的对比，可以看出该工 况拆除部分除对A柱Y向顶层位移有所放大以外，其余的位移变化均不明显.
柱A和柱B的层间位移角曲线表明，该工况的拆除分析仅对结构顶层的层间位移角有影 响，除A柱顶层X向层间位移角最大值达到1/874，其余位移角均远小于1/1000.
