【導(dǎo)讀】沈陽(yáng)財(cái)富中心（三期）總建筑面積109932㎡。其中地下6層為停車(chē)庫(kù)，建筑面積20793㎡;地上44層為辦。公樓，建筑面積89139㎡。建筑總高度m，結(jié)構(gòu)主要屋頂樓面高為，建設(shè)用地。沈陽(yáng)建材地質(zhì)工程勘察院提供的《沈陽(yáng)財(cái)富中心A座沿途工程勘察報(bào)告》，2021年。遼寧省地震研究所提供的《沈陽(yáng)市財(cái)富中心工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)》，2021年4. 本工程采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析基本參數(shù)，見(jiàn)表。填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)定結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)為。結(jié)構(gòu)用型鋼均采用Q345B級(jí)。樓層附加恒荷是指除了結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重以外的建筑吊頂、地面以及設(shè)備等荷載，特殊設(shè)備荷載由相關(guān)單位提供；樓、屋面活荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定取值。外圍玻璃幕墻按㎡；砌體容重12kN/?，考慮雙面抹灰20mm厚混合砂漿，所有隔墻上方梁高按實(shí)際尺。寸考慮，200mm厚隔墻取㎡，100mm厚隔墻取㎡。本工程地處沈陽(yáng)市中心區(qū)域，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，100年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓。值模擬結(jié)果與規(guī)范附錄比較，

　　

【正文】 軸壓比都滿(mǎn)足規(guī)范要求。 剪壓比 根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (JGJ32021)，進(jìn)行小震和中震彈性下框架柱的受剪截面計(jì)算，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)計(jì)算書(shū)。 根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (JGJ32021）進(jìn)行框架柱的正截面承載力驗(yàn)算，考慮框架柱在彎矩作用平面內(nèi)撓曲對(duì)軸向力偏心距的影響，將軸向力 對(duì)截面重心的偏心矩 e0= 乘以偏心距增大系數(shù)η，其值可按下列公式計(jì)算： η = 1+ （ ） 2ξ 1ξ 2 ξ 1 = ξ 2 = 其中， l0—— 構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度； ξ 1—— 偏心受壓構(gòu)件的截面曲率修正系數(shù)，當(dāng)ξ 11時(shí)，取ξ 1=； ξ 2—— 考慮構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng) l0/h15時(shí)，取ξ 2=； h—— 截面高度； h0—— 截面有效高度。 1）中震彈性下，底部加強(qiáng)區(qū)及相鄰上一層框架柱承載力包絡(luò)和所受地震荷載組合的 NM曲線(xiàn)見(jiàn) 。由圖可知，底部加強(qiáng)區(qū)及相鄰上一層框架柱承載力滿(mǎn)足性能目標(biāo)要求。 2）中震不屈服下，非底部加強(qiáng)區(qū)框架柱承載力包絡(luò)和所受地震荷載組合的 NM曲線(xiàn)見(jiàn) 。 斜截面承載力驗(yàn)算 框架柱斜截面承載力計(jì)算，詳見(jiàn) SATWE計(jì)算結(jié)果（框架柱箍筋）。 10 風(fēng)作用舒適度驗(yàn)算 按照《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》第 ，高度超過(guò) 150m的高層建筑應(yīng)具有良好的使用條件，滿(mǎn)足舒適度要求，按照 現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB50009規(guī)定的 10年 遇風(fēng)荷載取值計(jì)算的順風(fēng)向和橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度 amax不應(yīng)超過(guò)表 。 表 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)峰值加速度限制（ 10 年重現(xiàn)期） 使用功能 峰值加速度限制（ m/s2） 住宅、公園 辦公樓、酒店 以下兩表為參照《高層建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第 X、 Y向頂點(diǎn)加速度值。 表 X 向頂點(diǎn)峰值加速度 X 向頂點(diǎn)峰值 加速度 順風(fēng)向 橫風(fēng)向 風(fēng)荷載體形系數(shù) μ s 地面粗糙度 C 重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù) μ r 風(fēng)壓高度變化系數(shù) μ z 10 年一遇基本風(fēng)壓 W0(kPa) 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)平均風(fēng)速 μ n,m 建筑物總迎風(fēng)面面積 A（㎡） 橫風(fēng)向第一周期 Tt 建筑物總質(zhì)量 mtot(t) 建筑物平面寬度 B 第一周期 T1(s) 建筑物平面長(zhǎng)度 L 脈動(dòng)增大系數(shù) ε 建筑物平均重度γ B 脈動(dòng)影響系數(shù) ζ 橫風(fēng)向臨界阻尼比 ζ t,cr 順風(fēng)向最大加速度α w(m/s2) 橫風(fēng)向最大加速度α tr 表 Y 向頂點(diǎn)峰值加速度 Y 向頂點(diǎn)峰值加速度 順風(fēng)向 橫風(fēng)向 風(fēng)荷載體形系數(shù) μ s 地面粗糙度 C 重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù) μ r 風(fēng)壓高度變化系數(shù) μ z 10 年一遇基本風(fēng)壓 W0(kPa) 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)平均風(fēng)速 μ n,m 建筑物總迎風(fēng)面面積 A（㎡） 橫風(fēng)向第一周期 Tt 建筑物總質(zhì)量 mtot(t) 建筑物平面寬度 B 第一周期 T1(s) 建筑物平面長(zhǎng)度 L 脈動(dòng)增大系數(shù) ε 建筑物平均重度γ B 脈動(dòng)影響系數(shù) ζ 橫風(fēng)向臨界阻尼比 ζ t,cr 順風(fēng)向最大加速度α w(m/s2) 橫風(fēng)向最大加速度α tr 從表中可知，此結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的順風(fēng)向和橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度，滿(mǎn)足舒適度要求。 11 大懸挑撓度及舒適度計(jì)算 大懸挑撓度計(jì)算 根據(jù)建筑 使用功能要求，在 L3~L5層有局部 ，見(jiàn)圖 ~圖 。 懸挑部位樓面的使用功能及荷載如下： 恒荷 DL(kPa) 活荷 LL(kPa) L3amp。L4(會(huì)議室）： L5（不上人屋面）： 偏安全考慮增加 10％荷載值作為豎向地震作用，在 PKPM及 ETABS模型中按照下面放大荷載進(jìn)行計(jì)算，在邊梁上加幕墻線(xiàn)荷載，具體荷載取值，參考模型數(shù)值。 恒荷 DL(kPa) 活荷 LL(kPa) L3amp。L4(會(huì)議室）： L5（不上人屋面）： L3L5層 ，撓度計(jì)算見(jiàn)表 ，規(guī)范容許值為按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》主梁要求恒荷載和可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度 1/400，可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度 1/500。從表 ，撓度滿(mǎn)足規(guī)范限制。 表 懸挑鋼梁撓度對(duì) 比表（單位 mm） 樓層 PKPM 撓度值 ETABS 撓度值 L3 DL+LL 容許值 41 DL+LL 容許值 41 LL 容許值 LL 容許值 L4 DL+LL 容許值 41 DL+LL 容許值 41 LL 容許值 LL 容許值 L5 DL+LL 容許值 DL+LL 容許值 LL 容許值 22 LL 容許 值 22 大懸挑舒適度計(jì)算 樓蓋豎向振動(dòng)加速度計(jì)算參照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程） AJGJ3201X征求意見(jiàn)稿第 C進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。從表中可以看出，樓蓋振動(dòng)峰值加速度均小于 。 表 樓蓋豎向震動(dòng)加速度 普通混凝土樓蓋 標(biāo)準(zhǔn)層角部懸挑樓蓋 標(biāo)高 （ L3）層大懸挑樓蓋 標(biāo)高 （ L4）層大懸挑樓蓋 樓蓋自振頻率 fn Hz Hz Hz 樓蓋震動(dòng)峰值加速度α p 12 靜力彈塑性 PUSHOVER 分析 靜力彈塑性分析模型及荷載模式 靜力彈塑性分析（ Pushover分析）采用 EPDA/PUSH軟件（ 2021版）。彈塑性分析模型由 SATWE 導(dǎo)入，并做了簡(jiǎn)化（去掉 5層地下室，保留地下 I層）。 EPDA/PUSH軟件提供了 3種荷載模式：倒三角形荷載、矩形荷載、實(shí)時(shí)模式荷載，本工程 采用的是倒三角形荷載。 PUSH的加載過(guò)程分為 兩步，先施加豎向靜力荷載，得到結(jié)構(gòu)在豎向力作用下的初始狀態(tài)， 然后在這個(gè)初始狀態(tài)的基礎(chǔ)上施加側(cè)推靜力荷載，直到滿(mǎn)足停機(jī)控制條件。 計(jì)算分析時(shí)，考慮 P⊿ 效應(yīng)和梁柱交接剛域的影響。 結(jié) 構(gòu)的相對(duì)位移與結(jié)構(gòu)整體抗震性能評(píng)價(jià) 中震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估 中震作用地震影響系數(shù) amax=，特征周期 Tg=，結(jié)構(gòu)阻尼比ξ =5%。 圖 X. Y方向的抗倒塌驗(yàn)算圖，圖 ，表 Pushover位移 需求。 從圖 ，中震作用下，性能點(diǎn)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)能力曲線(xiàn)迅速上升的階段，這在圖 中表現(xiàn)為，在性能點(diǎn)處，只有很少幾處內(nèi)筒墻出現(xiàn)橫向拉壓破壞，框架梁、框架柱、連梁均沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸，因此，結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足中震設(shè)計(jì)的性能要求。 表 中震作用下位移 荷載模式 倒三角形荷載 X 向 頂點(diǎn)位移（ mm） 層間位移角 1/448 Y 向 頂點(diǎn)位移（ mm） 334 層間位移角 1/426 性能評(píng)估 大震作用地震影響系數(shù) amax=，特征周期 Tg=，結(jié)構(gòu)阻尼比ξ =5%。 圖 X. Y方向的抗倒塌驗(yàn)算圖，圖 ，表 Pushover位移需求。 表 。從圖 、圖，大震作用下， X方向性能點(diǎn)處結(jié)構(gòu)能力曲線(xiàn)已趨于平緩，內(nèi)筒墻底部加強(qiáng)部位和頂部幾層部分出現(xiàn)橫向拉壓破壞和剪切破壞，連梁 從下到上，大部分出現(xiàn)了塑性鉸，而外框架柱、框架梁沒(méi)出現(xiàn)塑性鉸； Y方向性能點(diǎn)處結(jié)構(gòu)能力曲線(xiàn)仍有上升趨勢(shì)，內(nèi)筒墻底部加強(qiáng)部位和頂部幾層部分出現(xiàn)橫向拉壓破壞和剪切破壞，連梁只有底部加強(qiáng)部位的幾層出現(xiàn)了塑性鉸，而外框架柱、框架梁基本沒(méi)出現(xiàn)塑性鉸，從結(jié)構(gòu)整體來(lái)看，雖有較大變形且局部破壞，但尚未倒塌，彈塑性位移未超過(guò)規(guī)范限值，能夠滿(mǎn)足大震設(shè)計(jì)的性能要求。 表 大震作用下位移 荷載模式 倒三角形荷載 X 向 頂點(diǎn)位移（㎜） 970 層間位移角 1/150 Y 向 頂點(diǎn)位移（㎜） 層間位移角 1/184 13 動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析與抗震性能評(píng)價(jià) 采用 LSDYNA進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，考察該結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的抗震性能，檢驗(yàn)其能否滿(mǎn)足“大震不倒”的性能目標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)彈性設(shè)計(jì)給予一定的建議。 概述 為了達(dá)到“大震不倒”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們將利用性能化抗震設(shè)計(jì)思想和基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法，采用非線(xiàn)性分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。通過(guò)兩組天然波和一組人工波的三向?qū)崟r(shí)輸入，模擬和考察結(jié)構(gòu)在罕遇地震 下的性能，觀(guān)察結(jié)構(gòu)體系在三向地震波下的塑性發(fā)展情況，復(fù)核結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的層間位移角是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。 結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，構(gòu)件由彈性逐漸轉(zhuǎn)入塑性，層間變形也隨之逐漸增大，最終結(jié)構(gòu)會(huì)因變形過(guò)大而倒塌。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB 500112021 2021版） 1/100。 層間位移角限值是評(píng)估結(jié)構(gòu)在罕遇地震下抗震性能的重要指標(biāo)之一，但同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，尤其是豎向構(gòu)件的塑性變形能力和強(qiáng)度退化程度也是結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》未 對(duì)構(gòu)件在罕遇地震下的變形限值給出具體要求，因而本章將參考美國(guó)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署（ FEMA）第 356號(hào)文件以及 ATC40文件，對(duì)構(gòu)件的抗震性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。 結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性彈塑性分析模型 LSDYNA簡(jiǎn)介 LSDYNA是世界上最著名的通用顯式動(dòng)力分析程序之一，能夠模擬真實(shí)世界的各種復(fù)雜問(wèn)題，特別適合 求解各種二維、 三維非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線(xiàn)性動(dòng)力沖擊問(wèn) 題，同時(shí)可以 求解傳熱、流體及流固藕合問(wèn)題。在工程應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可為最佳的分析軟件包。 與實(shí)驗(yàn)的無(wú)數(shù)次對(duì)比證實(shí)了 其計(jì)算的 可靠性。 由 DYNA程序系列被公認(rèn)為是顯式有限元程序的鼻祖和理論先 導(dǎo)，是目前所有顯式求解程序（包括顯式板成型程序）的基礎(chǔ)代碼。 1988年 LSTC公司，推出 LSDYNA程序系列，并于 1997年將 LSDYNA2D, LSDYNA3D, LSTOPAZ2D,LSTOPAZ3D等程序合成一個(gè)軟件包，稱(chēng)為 LSDYNA。 LSDYNA的最新版本是 2021年推出的 971版 。 LSDYNA程序 971版是功能齊全的幾 何非線(xiàn)性（大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和 大應(yīng)變）、材料非線(xiàn)性（ 140多種材料動(dòng) 態(tài)模型）和接觸非線(xiàn)性（ 50多種）程序。它以 Lagrange算法為主，兼有 ALE和 Euler算 法；以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結(jié)構(gòu)分析為主，兼有熱分析、流體 結(jié)構(gòu)藕合功能； 以非線(xiàn)性動(dòng) 力分析為主，兼有靜力分析功能（如動(dòng)力分析前的預(yù)應(yīng)力計(jì)算和薄板沖壓成型后的回彈 計(jì)算）；軍用和 民用相結(jié)合的通用結(jié)構(gòu)分析非線(xiàn)性有限元程序。 彈塑性分析模型的建立 結(jié)構(gòu)彈塑性分析模型是給予彈性模型建立的，因此在進(jìn)行彈塑性分析之前，應(yīng)對(duì)彈塑性模型和彈性模型的質(zhì)量、模態(tài)進(jìn)行對(duì) 比，以保持彈塑性模型和彈性模型的一致性。為簡(jiǎn)化分析，彈塑性分析模型僅考慮嵌固層以上的構(gòu)件，即不考慮地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響。 框架柱及框架梁的塑性行為模擬 框架柱及框架梁采用桿系單元模擬，利用 XTRACT程序計(jì)算構(gòu)件的骨架曲線(xiàn)，包括抗彎、抗剪、拉彎及壓彎曲線(xiàn)；然后將骨架曲線(xiàn)輸入到 LSDYNA中，利用 SeismicBeam單元模擬構(gòu)件的彈塑性行為。 XTRACT程序采用纖維模型計(jì)算構(gòu)件的估價(jià)區(qū)縣。纖維模型是先將截面離散化為許多小的纖維單元，通過(guò)每個(gè)纖維單元來(lái)模擬鋼筋、混凝土或型鋼等不同 材料；然后利用用平截面假定及材 料單向應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn)，計(jì)算不同截面曲率下每個(gè)纖維單元的應(yīng)變；最后通過(guò)應(yīng)力積分求得相應(yīng)截面的彎矩和軸力值。型鋼、鋼筋或混凝土的本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)述如下： 鋼筋和型鋼采用理性彈塑性本構(gòu)關(guān)系（雙折線(xiàn)），混凝土則按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB500102021)附錄 計(jì)算。對(duì)于框架柱，考慮箍筋對(duì)核心區(qū)混凝土約束作用，核心區(qū)混凝土采用 Mander模型，公式如下： σ c=0 當(dāng)ε 2ε t σ c=ε Ec 當(dāng)ε 0 σ c = 當(dāng) ε ε cu x= ε cu = r = 其中，ε =混凝土應(yīng)變，σ c=混凝土應(yīng)力， Ec=混凝土彈性模量，ε t＝受拉應(yīng)變，ε cu=混凝土極限壓應(yīng)變，εcc＝峰值應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變， fc=混凝土 28天抗壓強(qiáng)度， fcc=約束混凝土強(qiáng)度。ε cu為極限壓應(yīng)變值采用 ATC40建議值 （本工程構(gòu)造滿(mǎn)足 s/db，其中 s為箍筋間距， db為縱筋直徑）。 在軸力及雙向 彎矩相互作用下的構(gòu)件屈服曲面類(lèi)似于一個(gè)橄欖球，可以由兩個(gè)主軸的軸力彎矩（ NM）屈服曲線(xiàn)插值確定。塑性鉸塑性變形的計(jì)算是基于塑性流動(dòng)法則。每個(gè)塑性鉸有三個(gè)塑性變形分量：一個(gè)軸向塑性應(yīng)變分量和兩個(gè)分別對(duì)兩個(gè)主軸的塑性鉸轉(zhuǎn)角分量。根據(jù)相關(guān)塑性流動(dòng)法則，塑性鉸的塑性變形向量與塑性鉸屈服曲面相垂直。 二 .混凝土剪力墻的彈塑性