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在超高层建筑结构设计中,抗震性能分析是设计的关键之一。地震反应的分析对于深入了解结构的抗震性能是非常有效的手段,特别是对于特别不规则的超高层建筑,确定其动力特性和地震反应,为结构的设计和结构抗震性能的评估提供了重要依据。地震反应分析的方法依次有底部剪力法、振型分解反应谱法、弹性时程分析法、PUSHOVER分析法、弹塑性时程分析法。在实际工程中,一般使用后面三项分析方法作为反应谱方法的补充来校核结构是否存在承载力、刚度等方面的薄弱部位,以避免大震下的结构倒塌等严重破坏。
本文以总高度达158米的海德广场超高层双塔连体建筑工程为原型,首先用GSSAP、SATWE作弹性计算,结果显示本工程结构刚度的分布较均匀,结构的抗扭性能较好;由于连接体的存在使得两塔之间相互影响,结构自振振型丰富独特,充分体现出双塔连体结构振型耦合的特点。
其次,通过弹性时程分析法对本工程作地震反应分析,计算结果表明:输入的三条波产生的位移反应有一定的差别,说明同一个结构在不同的地震波作用下,地震反应是不同的,这是由结构动力特性和地震波频谱特性决定的,说明地震波的选取至关重要。从Y向地震作用下的顶点位移时程曲线看到,结构左、右塔顶点位移存在位移差,即存在相向运动,体现了连体结构在地震作用下易发生扭转的特点。
再次,通过GSSAP对本工程作了施工模拟分析,指出对于大多数工程,采用“刚度和荷载均采用逐层叠加”方式来模拟施工一般都能得出合理的结果,但对于复杂工程的特殊部位,(如连体结构的连接体部分,长悬臂结构等),不但得不到准确的结果,还可能得出错误的结果。本文还用MIDAS/Gen对本工程作了Pushover分析,得出了结构相对薄弱的部位。
最后,通过接口程序GSEPA将弹性模型转成ABAQUS弹塑性模型,用ABAQUS作罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析及抗震性能评估,并与大震弹性分析的结果作比较。本工程结构在分别经历了有代表性的天然波和人工波作用后,主要是连梁和某些小墙肢进入了塑性,剪力墙损伤不大,钢构件的塑性应变均较小,整个结构实现了“大震不倒”的设防目标;同时由于大震下部分构件的塑性变形及损伤,结构刚度退化,结构周期变长,消耗了部分的地震能量,减少了地震作用力,因而结构的弹塑性模型的地震响应比弹性模型小。此外由于部分构件进入塑性后产生了内力重分配,使得弹塑性的层间位移角包络曲线有较多的突变点,曲线没弹性曲线光滑,说明动力弹塑性时程分析的必要性。