李京安

【摘要】介紹了Perform-3D的在工程中應(yīng)用狀況和我院編寫的Perform-3D快速建模輔助程序的主要功能，針對(duì)沈陽福佳金融大廈項(xiàng)目，利用Perform-3D快速建模輔助程序進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析。此程序在建模速度和建模準(zhǔn)確性上的優(yōu)勢(shì)，具有較好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】Perform-3D；性能目標(biāo)；動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析；輔助程序

引言

PERFORM-3D三維結(jié)構(gòu)非線性分析與性能評(píng)估軟件，以結(jié)構(gòu)工程概念為基礎(chǔ)，分析結(jié)果和后處理結(jié)果符合工程師對(duì)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)方法的理解。因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，PERFORM-3D在超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與校核領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用與認(rèn)可[1]。

但PERFORM-3D中構(gòu)件的非線性參數(shù)的指定是極其復(fù)雜和繁瑣的。為了提高建模的效率和準(zhǔn)確性，我院在尚春雨博士的領(lǐng)導(dǎo)下，編制了PERFORM-3D快速建模輔助程序[1]。

1 程序主要功能

利用現(xiàn)有商業(yè)化的接口轉(zhuǎn)換效果可以極大的提高建模效率，模型轉(zhuǎn)換主要流程：

YJK—ETABS（V9.7.4）—SAP2000（V 14.2.4）—（采用Perform3D快速建模輔助程序）—Perform-3D（v5.0）。Perform3D快速建模輔助程序可以自動(dòng)或通過人工干預(yù)實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）自動(dòng)調(diào)動(dòng)SAP2000等實(shí)現(xiàn)幾何模型導(dǎo)入到Perform3D（2）混凝土和鋼材的本構(gòu)關(guān)系的導(dǎo)入（3）剪力墻施工圖的整理和導(dǎo)入（4）梁柱施工圖的整理和導(dǎo)入（5）將非線性屬性賦值給空間幾何模型（6）自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分析參數(shù)輸入和批量后處理。

2 工程概況

福佳金融大廈項(xiàng)目為辦公樓，地上45層（結(jié)構(gòu)層46層），地下3層，地上建筑由A、B、C三座塔樓組成。A、B號(hào)樓結(jié)構(gòu)型式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，地上部分互為鏡像關(guān)系，主體結(jié)構(gòu)45層178.85米，本工程嵌固端取在地下一層頂，1層層高分別為6.0米，2～4層層高4.8米，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.85米，其中15層、30層為避難層，層高為4.2米。標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸為52m×34.2m，±0.000以上A、B號(hào)樓和C號(hào)樓之間采用防震縫分開。經(jīng)SATWE分析第一周期T1=5.217s，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》條文說明應(yīng)采用彈塑性時(shí)程分析。

3 性能目標(biāo)

本工程抗震性能目標(biāo)取為C，具體要求為：小震下層間位移角為1/684，結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性；中震下底部加強(qiáng)部位豎向構(gòu)件滿足抗剪彈性，偏拉偏壓不屈服，其他豎向構(gòu)件滿足不屈服，外框梁滿足不屈服要求，其他框架梁和連梁允許部分屈服；大震下層間位移角限值為1/100，允許部分構(gòu)件屈服，墻肢及框架柱滿足受剪截面控制條件[2]。

4 動(dòng)力彈塑性分析

本工程采用PERFORM-3D對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，模型中采用施工圖的構(gòu)件截面、實(shí)配鋼筋和型鋼，利用Perform-3D快速建模輔助程序?qū)崿F(xiàn)了分析模型與施工圖的完美匹配。

結(jié)構(gòu)的性能水平分為四個(gè)階段：充分運(yùn)行階段（OP）、基本運(yùn)行（IO），生命安全（LS）、接近倒塌（CP）。充分運(yùn)行階段相當(dāng)于小震彈性承載力計(jì)算階段?；具\(yùn)行階段即工程界常用的“中震不屈服”階段，生命安全及接近倒塌階段，結(jié)構(gòu)已明顯進(jìn)入彈塑性階段，需要進(jìn)行考慮各種構(gòu)造情況下構(gòu)件滯回性能的彈塑性分析，才能得到合理的預(yù)期結(jié)構(gòu)彈塑性評(píng)估?？蚣芰褐鶚?gòu)件、連梁及剪力墻構(gòu)件均采用纖維模型，可通過纖維應(yīng)變監(jiān)測(cè)得到構(gòu)件的能力需求比值，樓層層間位移角的限值為：1/100，材料的應(yīng)變限值按中國規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》取值[3]。

本工程對(duì)模型的初始剛度進(jìn)行模態(tài)分析，計(jì)算模型的自振周期及總質(zhì)量與SATWE計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，第一周期P-3D為5.169s，SATWE為5.217s，第二周期P-3D為4.32s，SATWE為4.238s，第三周期P-3D為4.11s，SATWE為4.043s；結(jié)構(gòu)總質(zhì)量P-3D為103875t，SATWE為104109.8t。

輸入的地震加速度時(shí)程曲線時(shí)程分析時(shí)主分量峰值加速度取220cm/s2。采用一組人工波及二組天然波，三組波均能滿足規(guī)范小震時(shí)程分析的要求[4]。計(jì)算得到罕遇地震作用下基底剪力平均值X方向46758.4kN，Y方向52738kN，分別為多遇地震基底剪力的3.3倍和3.86倍。分析得到三條波的層間位移角最大值：X向1/223，Y向1/210。

5 分析結(jié)果說明

本工程通過基于纖維模型宏觀單元及塑性鉸單元理論，結(jié)合性能分析軟件PERFORM-3D，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性分析。

（1）結(jié)構(gòu)在大震作用下整體變形最大層間位移角，滿足規(guī)范要求；

（2）由于Y方向核心筒連梁較少， 故在大震作用下，Y方向剛度退化較X方向少，基底剪力較大；

（ 3） 在大震作用下 X方向核心筒連梁， 全部樓層進(jìn)入塑性，連梁塑性能得到充分發(fā)展，起到很好的耗能能力， 結(jié)構(gòu)體系X方向剛度退化較大；

（ 4） 在大震作用下， X、Y方向剪力墻內(nèi)鋼筋均未發(fā)生屈服，剪力墻混凝土未發(fā)生受壓破壞，剪力墻剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗剪承載能力。

結(jié)構(gòu)整體可滿足罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)4的要求[5]。

6 結(jié)語

采用尚春雨博士編寫的Perform-3D快速建模輔助程序?qū)崿F(xiàn)了基于Perform-3D軟件的快速建模，大大的提高的建模的速度和準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)了真正的按照實(shí)配鋼筋進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，拓展了彈塑性時(shí)程分析的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]尚春雨，豐茂東.Perform-3D快速精確建模及實(shí)例詳解[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[2]JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5]金廊5號(hào)南部地塊商業(yè)A、B號(hào)樓及C號(hào)樓項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)抗震設(shè)防專項(xiàng)審查意見.