土 硕 14 王 萌 资 21421126 1.PKPM 设 计 1.1 工 程 概 况 及 设 计 条 件 某 办 公 楼,8 度 抗 震 设 防, 第 一 组,Ⅱ 类 场 地, 抗 震 等 级 为 一 级,1 层 现 浇 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构, 无 地 下 室, 层 高 3.6m, 首 层 室 内 地 面 标 高., 室 外 标 高 -.5m, 基 础 顶 面 标 高 -1.2m; 平 面 尺 寸 : 长 6m x 7 跨 =42m, 宽 6m x 2 跨 =14m, 梁 板 的 混 凝 土 强 度 等 级 为 C3, 柱 混 凝 土 强 度 等 级 为 C5(1~4 层 ) C4(5~7 层 ) C3(8~1 层 ) 假 设 楼 面 与 屋 面 除 结 构 重 量 外 的 地 面 做 法 与 吊 顶 等 的 等 效 面 荷 载 按 照 2.kN/m2 计 算, 楼 面 与 屋 面 活 荷 载 均 按 照 2.kN/m2 考 虑 没 有 女 儿 墙 假 设 外 围 及 沿 轴 线 维 护 墙 与 隔 断 墙 的 等 效 线 荷 载 为 6kN/m 假 设 梁 截 面 尺 寸 :25 5 毫 米 ; 柱 截 面 :6 6 毫 米 (1~4 层 ) 5 5 毫 米 (5~7 层 ) 45 45 毫 米 (8~1 层 ) 1.2PKPM 设 计 结 果 检 查 (1) 位 移 比 高 规 4.3.5 条 规 定, 在 考 虑 偶 然 偏 心 影 响 的 地 震 作 用 下, 楼 层 竖 向 构 件 的 最 大 水 平 位 移 和 层 间 位 移 角,A 级 高 度 高 层 建 筑 不 宜 大 于 该 楼 层 平 均 值 的 1.2 倍, 不 应 大 于 该 楼 层 平 均 值 的 1.5 倍 ;B 级 高 度 高 层 建 筑 混 合 结 构 高 层 建 筑 及 本 规 程 第 1 章 所 指 的 复 杂 高 层 建 筑 不 宜 大 于 该 楼 层 平 均 值 的 1.2 倍, 不 应 大 于 该 楼 层 平 均 值 的 1.4 倍 从 直 观 上 判 断, 该 办 公 楼 结 构 规 则, 刚 度 均 匀, 检 查 WDISP.OUT 文 件, 亦 可 验 证 位 移 比 满 足 规 范 要 求 (2) 层 间 位 移 角 抗 规 5.5.1 和 高 规 4.6.3 条 规 定 按 弹 性 方 法 计 算 的 楼 层 层 间 最 大 位 移 与 层 高 之 比 Δu/h 宜 符 合 以 下 规 定, 其 中 钢 筋 混 凝 土 框 架 的 弹 性 层 间 位 移 角 限 值 为 1/55 检 查 发 现 y 方 向 的 最 大 层 间 位 移 角 为 1/495, 不 满 足 规 定 的 要 求, 且 柱 的 轴 压 比 比 较 小, 故 修 改 梁 的 高 度, 框 架 梁 的 跨 高 比 一 般 在 1/12~1/8 的 范 围 内, 取 梁 高 为 跨 度 的 1/1, 即 6mm, 最 大 层 间 位 移 角 降 到 1/629, 满 足 规 范 要 求 (3) 周 期 比 高 规 4.3.5 条 规 定, 结 构 扭 转 为 主 的 第 一 周 期 T t 与 平 动 为 主 的 第 一 周 期 T 1 之 比, A 级 高 度 高 层 建 筑 不 应 大 于.9;B 级 高 度 高 层 建 筑 混 合 结 构 高 层 建 筑 及 复 杂 高 层 建 筑 不 应 大 于.85 检 查 WZQ.OUT 文 件, 可 验 证 周 期 比 满 足 规 范 要 求 (4) 层 间 刚 度 比
抗 规 4.4.2 条 规 定, 抗 震 设 计 的 高 层 建 筑 结 构, 其 楼 层 侧 向 刚 度 不 宜 小 于 相 邻 上 部 楼 层 侧 向 刚 度 的 7% 或 其 上 相 邻 三 层 侧 向 刚 度 平 均 值 的 8% 检 查 WMASS.OUT 文 件, 可 验 证 刚 度 比 满 足 规 范 要 求, (5) 层 间 受 剪 承 载 力 比 高 规 4.4.3 规 定,A 级 高 度 高 层 建 筑 的 楼 层 层 间 抗 侧 力 结 构 的 受 剪 承 载 力 不 宜 小 于 上 一 层 受 剪 承 载 力 的 8%, 不 应 小 于 上 一 层 受 剪 承 载 力 的 65%;B 级 高 度 高 层 建 筑 的 楼 层 层 间 抗 侧 力 结 构 的 受 剪 承 载 力 不 应 小 于 上 一 层 受 剪 承 载 力 的 75% 检 查 WMASS.OUT 文 件, 可 验 证 层 间 受 剪 承 载 力 比 满 足 规 范 要 求, (6) 剪 重 比 抗 规 5.2.5 条 规 定 剪 力 系 数 不 应 小 于 表 5.2.5 规 定 的 楼 层 最 小 地 震 剪 力 系 数 值, 检 查 WZQ.OUT 文 件, 整 层 最 小 剪 重 比 为 3.49%, 满 足 3.2% 的 规 范 要 求 (7) 刚 重 比 高 规 5.4.4 条 规 定, 高 层 建 筑 结 构 的 稳 定 应 符 合 下 列 规 定 检 查 WMASS.OUT 文 件, 该 结 构 刚 重 比 Di*Hi/Gi 大 于 1, 能 够 通 过 高 规 的 整 体 稳 定 验 算 (8) 轴 压 比 抗 规 6.3.6 规 定, 柱 轴 压 比 不 宜 超 过 表 6.3.6 的 规 定 对 于 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 不 宜 超 过.65, 检 查 满 足 要 求 1.3 构 件 设 计 取 弱 轴 方 向 一 榀 平 面 框 架 计 算, 构 件 编 号 以 及 各 构 件 截 面 尺 寸 配 筋 如 图 1 所 示 图 1.1 各 构 件 配 筋 图
N/KN Moment/KN m Moment/KN m CAE 课 程 论 文 2.RESPONSE 分 析 截 面 特 性 2.1 截 面 特 性 分 析 结 果 在 response 中 分 析 各 构 件 的 截 面 特 性, 作 为 Sap2 中 塑 性 铰 的 输 入 参 数 梁 L1 的 配 筋 上 下 不 对 称, 故 正 反 向 的 曲 线 不 对 称 而 梁 L2 和 柱 的 配 筋 都 是 对 称 的, 正 反 向 的 曲 线 对 称, 图 2 中 仅 给 出 正 向 的 曲 线 另 外, 柱 在 不 同 轴 力 N 下 的 曲 线 不 同, 偏 安 全 地, 将 PKPM 计 算 结 果 中 各 层 柱 的 最 大 轴 力 提 出, 作 为 固 定 轴 力, 在 response 中 计 算 柱 的 曲 线 其 中, 柱 Z1 Z2 Z3 Z4 的 固 定 轴 力 分 别 取 -2885KN -2569KN -1675.6KN -815.7KN M- curve of L1 M- curve of L2 2 15 1-2 5-4 -.1 -.5.5.1 图 2.1 L1 和 L2 的 曲 线.2.4.6.8.1 15 -M curve of Z1 5 M-N curve of Z1 1-5 5.1.2.3.4-1 -15-2 -2-1 1 2 图 2.2 Z1 的 曲 线 和 M-N 曲 线
N/KN N/KN N/KN CAE 课 程 论 文 1 -M curve of Z2 5 M-N curve of Z2 5.1.2.3-5 -1-15 -2-2 -1 1 2 图 2.3 Z2 的 曲 线 和 M-N 曲 线 6 -M curve of Z3 5 M-N curve of Z3 4-5 2-1.1.2.3.4-15 -1-5 5 1 图 2.4 Z3 的 曲 线 和 M-N 曲 线 -M curve of Z4 2 M-N curve of Z4 3 2-2 1.1.2.3.4-4 -6-8 -5 5 图 2.5 Z4 的 曲 线 和 M-N 曲 线
2.2 截 面 特 性 简 化 及 塑 性 铰 参 数 对 2.1 中 的 结 果 进 行 简 化, 形 成 Sap2 中 塑 性 铰 的 输 入 参 数 数 见 表 2.1 和 图 2.6 曲 线 的 简 化 参 关 键 点 rad/m 表 2.1 各 构 件 曲 线 简 化 参 数 表 L1 L2 Z1 M KN m rad/m M KN m rad/m M KN m E- -.115-75.6 D- -.86-75.6 C- -.78-333.55 对 称 对 称 B-. -36.51 A...... B. 161.63. 11.53. 129.92 C.96 229.18.97 149.69.14 118.48 D.16 6.93.17 6.27.14 221.7 E.146 6.93.117 6.27.29 221.7 关 键 点 rad/m 表 2.1 各 构 件 曲 线 简 化 参 数 表 ( 续 ) Z2 Z3 Z4 M KN m rad/m M KN m rad/m M KN m E- D- C- B- 对 称 对 称 对 称 A...... B. 823.29. 58.5. 272.11 C.17 928.31.17 546.63.21 34.93 D.17 185.66.17 19.33.21 6.99 E.3 185.66.28 19.33.37 6.99
Moment/KN m Moment/KN m CAE 课 程 论 文 M- curve of L1 M- curve of L2 2 15 1-2 5-4 -.1 -.5.5.1.5.1 15 -M curve of Z1 1 -M curve of Z2 1 5 5.1.2.3.4.1.2.3 6 -M curve of Z3 3 -M curve of Z4 4 2 2 1.1.2.3.4.1.2.3.4 图 2.6 各 构 件 曲 线 简 化
3. 基 于 SAP2 的 结 构 性 能 化 评 估 和 弹 塑 性 分 析 3.1 Sap2 建 模 建 模 步 骤 如 下 : (1) 选 取 计 算 模 型 量 纲 :N,mm,C (2) 选 择 二 维 框 架 模 板 建 立 框 架 模 型, 层 高 取 36mm, 并 将 底 层 修 改 为 48mm (3) 修 改 约 束 将 底 层 约 束 修 改 为 固 支 (4) 按 照 PKPM 设 计 的 结 果 定 义 材 料 和 截 面 属 性 并 考 虑 两 侧 楼 板 的 影 响 对 梁 的 刚 度 进 行 修 正, 修 正 系 数 为 2 (5) 将 定 义 好 的 L1 L2 Z1 Z2 Z3 Z4 截 面 指 定 给 对 应 的 构 件 见 图 3.1(a) (a) 构 件 编 号 (b) 梁 上 线 荷 载 (c) 柱 顶 集 中 荷 载 (d) 倒 三 角 分 布 推 覆 力 图 3.1 Sap 建 模 示 意 图 (6) 定 义 荷 载 工 况 分 别 定 义 MODAL DEAD Pushover 三 种 工 况 其 中 静 力 推 覆 工 况 Pushover 示 意 图 如 图 3.2 所 示, 具 体 分 析 参 数 的 设 置 见 图 3.3, 图 3.4, 和 图 3.5 (7) 添 加 荷 载 将 沿 建 筑 纵 向 的 围 墙 和 隔 断 墙 重 量 简 化 为 柱 顶 的 竖 向 集 中 荷 载, ; 梁 上 的 线 荷 载 按 1 倍 恒 载 +.5 倍 活 载 进 行 组 合, 恒 荷 载 为 6KN/m( 均 布 )+2 3 2=3KN/m( 三 角 形 ), 活 荷 载 为 2 3 2=3KN/m( 三 角 形 ); 推 覆 水 平 荷 载 采 用 倒 三 角 形 分 布 模 式 ( 图 中 仅 反 映 力 的 方 向, 不 反 应 力 的 大 小 关 系 ) 见 图 3.1(b) 图 3.1(c) 和 图 3.1(d)
图 3.2 SAP2 中 静 力 推 覆 分 析 工 况 参 数 定 义 图 3.3 加 载 控 制 参 数 图 3.4 结 果 保 存 参 数
图 3.5 非 线 性 参 数 (8) 定 义 塑 性 铰 梁 采 用 M3 铰 ; 柱 采 用 PMM 铰 将 第 二 节 Response 的 分 析 结 果 简 化 后, 输 入 塑 性 铰 的 参 数 梁 的 M3 铰 需 要 输 入 截 面 的 曲 线, 如 L1 的 M3 塑 性 铰 属 性 参 数 见 图 3.6 所 示 柱 的 PMM 铰 除 曲 线 外, 还 需 输 入 P-M2-M3 相 关 面 数 据, 因 为 Response 计 算 的 是 截 面 的 破 坏 面, 将 其 乘 以 折 减 系 数.8 后 作 为 SAP2 中 输 入 屈 服 面 的 数 据, 并 且 由 于 选 用 的 是 平 面 简 化 模 型, 故 屈 服 面 可 选 择 为 旋 转 对 称 ( 对 于 三 维 模 型 应 分 别 输 入 P-M2 和 P-M3 曲 线 ),Z1 的 PMM 塑 性 铰 参 数 见 图 3.7 图 3.8 所 示 (9) 运 行 分 析
图 3.6 L1 的 塑 性 铰 属 性 参 数 图 3.7 Z1 的 P-M2-M3 相 关 面 定 义
图 3.8 Z1 的 曲 线 定 义 3.2 Pushover 分 析 运 行 后 Pushover 曲 线 见 图 3.9, 谱 位 移 曲 线 见 图 3.1
图 3.9 基 底 剪 力 顶 层 位 移 曲 线 图 3.1 谱 位 移 曲 线 性 能 点 (V,D)=(371596.3, 71.178) 单 位 :N,mm
性 能 点 (S a,, S d )=(.424, 52.18) 单 位 :mm/s -2,mm 框 架 达 到 目 标 位 移 时 各 层 层 间 位 移 角 如 表 3.1, 据 层 间 位 移 角 判 断, 框 架 没 有 明 显 的 薄 弱 层 表 3.1 结 构 达 到 目 标 位 移 时 各 层 层 间 位 移 角 楼 层 数 水 平 位 移 层 间 位 移 层 间 位 移 角 mm mm 1 9.5 9.5 1/55 2 21.15 11.65 1/412 3 33.52 12.37 1/388 4 45.1 11.57 1/414 5 55.65 1.56 1/454 6 63.48 7.82 1/613 7 69.51 6.3 1/796 8 75.17 5.66 1/847 9 79.34 4.17 1/115 1 81.9 2.56 1/1872 达 到 目 标 位 移 时 框 架 出 铰 情 况 如 图 3.11: 图 3.11 目 标 位 移 时 框 架 出 铰 情 况 3.3 EL-Centro 波 时 程 分 析 建 模 步 骤 :
(1) 导 入 ELCENTRO-NS 波 作 为 分 析 地 震 波 ELCENTRO-NS 波 的 峰 值 加 速 度 为 3417mm/s 2, 为 满 足 峰 值 加 速 度.4g 的 要 求, 故 输 入 比 例 系 数 取.4X9.8/3.417=1.147 图 3.12 导 入 ELCENTRO-NS 波 (2) 定 义 新 的 荷 载 工 况 Timehistory 采 用 直 接 积 分 法 进 行 分 析, 考 虑 P - 效 应 和 大 位 移 阻 尼 积 分 参 数 和 非 线 性 参 数 的 设 置 见 图 3.14 3.15 和 3.16 所 示
图 3.13 创 建 Timehistory 工 况 图 3.14 阻 尼 设 置 参 数
图 3.15 采 用 Newmark 积 分 图 3.16 非 线 性 参 数 设 置 (3) 运 行 分 析 结 构 的 侧 移 包 络 值 见 表 3.2 表 3.2 结 构 侧 移 包 络 值 楼 层 数 正 向 最 大 水 平 位 移 负 向 最 大 水 平 位 移 侧 移 包 络 值 mm mm mm 1 9.4-9.26 9.26 2 19.91-2.16 2.16 3 3.81-33.52 33.52 4 4.13-46.68 46.68 5 47.87-57.79 57.79 6 53.4-64.33 64.33 7 56.48-68.33 68.33 8 61.2-71.18 71.18 9 65.25-72.65 72.65 1 67.5-73.39 73.39 通 过 定 义 广 义 位 移 的 方 法 可 以 得 到 第 1 3 5 7 层 的 层 间 位 移 角 包 络 值, 见 表 3.3
表 3.3 1 3 5 7 层 的 层 间 位 移 角 包 络 值 楼 层 数 正 向 最 大 层 间 位 移 角 负 向 最 大 层 间 位 移 角 层 间 位 移 角 包 络 值 1.2512 -.2574.2574 3.327 -.3712.3712 5.2366 -.386.386 7.1637 -.188.188 底 层 层 间 位 移 角 时 程 及 最 终 的 塑 性 铰 分 布 分 别 见 图 3.17 和 3.18 图 3.17 底 层 层 间 位 移 角 时 程 图 3.18 最 终 的 塑 性 铰 分 布