erform—3D快速建模辅助程序在福佳金融大厦项目的应用

李京安

【摘要】介绍了Perform-3D的在工程中应用状况和我院编写的Perform-3D快速建模辅助程序的主要功能，针对沈阳福佳金融大厦项目，利用Perform-3D快速建模辅助程序进行动力弹塑性分析。此程序在建模速度和建模准确性上的优势，具有较好的应用前景。

【关键词】Perform-3D；性能目标；动力弹塑性时程分析；辅助程序

引言

PERFORM-3D三维结构非线性分析与性能评估软件，以结构工程概念为基础，分析结果和后处理结果符合工程师对结构性能设计方法的理解。因其独特的优势，PERFORM-3D在超限高层结构设计分析与校核领域已得到广泛应用与认可[1]。

但PERFORM-3D中构件的非线性参数的指定是极其复杂和繁琐的。为了提高建模的效率和准确性，我院在尚春雨博士的领导下，编制了PERFORM-3D快速建模辅助程序[1]。

1 程序主要功能

利用现有商业化的接口转换效果可以极大的提高建模效率，模型转换主要流程：

YJK—ETABS（V9.7.4）—SAP2000（V 14.2.4）—（采用Perform3D快速建模辅助程序）—Perform-3D（v5.0）。Perform3D快速建模辅助程序可以自动或通过人工干预实现以下功能：（1）自动调动SAP2000等实现几何模型导入到Perform3D（2）混凝土和钢材的本构关系的导入（3）剪力墙施工图的整理和导入（4）梁柱施工图的整理和导入（5）将非线性属性赋值给空间几何模型（6）自动实现分析参数输入和批量后处理。

2 工程概况

福佳金融大厦项目为办公楼，地上45层（结构层46层），地下3层，地上建筑由A、B、C三座塔楼组成。A、B号楼结构型式为框架-核心筒结构，地上部分互为镜像关系，主体结构45层178.85米，本工程嵌固端取在地下一层顶，1层层高分别为6.0米，2～4层层高4.8米，标准层层高为3.85米，其中15层、30层为避难层，层高为4.2米。标准层平面尺寸为52m×34.2m，±0.000以上A、B号楼和C号楼之间采用防震缝分开。经SATWE分析第一周期T1=5.217s，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》条文说明应采用弹塑性时程分析。

3 性能目标

本工程抗震性能目标取为C，具体要求为：小震下层间位移角为1/684，结构构件弹性；中震下底部加强部位竖向构件满足抗剪弹性，偏拉偏压不屈服，其他竖向构件满足不屈服，外框梁满足不屈服要求，其他框架梁和连梁允许部分屈服；大震下层间位移角限值为1/100，允许部分构件屈服，墙肢及框架柱满足受剪截面控制条件[2]。

4 动力弹塑性分析

本工程采用PERFORM-3D对主体结构进行动力时程分析，模型中采用施工图的构件截面、实配钢筋和型钢，利用Perform-3D快速建模辅助程序实现了分析模型与施工图的完美匹配。

结构的性能水平分为四个阶段：充分运行阶段（OP）、基本运行（IO），生命安全（LS）、接近倒塌（CP）。充分运行阶段相当于小震弹性承载力计算阶段。基本运行阶段即工程界常用的“中震不屈服”阶段，生命安全及接近倒塌阶段，结构已明显进入弹塑性阶段，需要进行考虑各种构造情况下构件滞回性能的弹塑性分析，才能得到合理的预期结构弹塑性评估。框架梁柱构件、连梁及剪力墙构件均采用纤维模型，可通过纤维应变监测得到构件的能力需求比值，楼层层间位移角的限值为：1/100，材料的应变限值按中国规范《混凝土结构设计规范GB50010-2010》取值[3]。

本工程对模型的初始刚度进行模态分析，计算模型的自振周期及总质量与SATWE计算结果进行比较，第一周期P-3D为5.169s，SATWE为5.217s，第二周期P-3D为4.32s，SATWE为4.238s，第三周期P-3D为4.11s，SATWE为4.043s；结构总质量P-3D为103875t，SATWE为104109.8t。

输入的地震加速度时程曲线时程分析时主分量峰值加速度取220cm/s2。采用一组人工波及二组天然波，三组波均能满足规范小震时程分析的要求[4]。计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，分别为多遇地震基底剪力的3.3倍和3.86倍。分析得到三条波的层间位移角最大值：X向1/223，Y向1/210。

5 分析结果说明

本工程通过基于纤维模型宏观单元及塑性铰单元理论，结合性能分析软件PERFORM-3D，对结构进行弹塑性分析。

（1）结构在大震作用下整体变形最大层间位移角，满足规范要求；

（2）由于Y方向核心筒连梁较少， 故在大震作用下，Y方向剛度退化较X方向少，基底剪力较大；

（ 3） 在大震作用下 X方向核心筒连梁， 全部楼层进入塑性，连梁塑性能得到充分发展，起到很好的耗能能力， 结构体系X方向刚度退化较大；

（ 4） 在大震作用下， X、Y方向剪力墙内钢筋均未发生屈服，剪力墙混凝土未发生受压破坏，剪力墙剪切应力远小于其抗剪承载能力。

结构整体可满足罕遇地震作用下结构抗震性能水准4的要求[5]。

6 结语

采用尚春雨博士编写的Perform-3D快速建模辅助程序实现了基于Perform-3D软件的快速建模，大大的提高的建模的速度和准确性，并实现了真正的按照实配钢筋进行弹塑性时程分析，拓展了弹塑性时程分析的应用范围。

参考文献

[1]尚春雨，丰茂东.Perform-3D快速精确建模及实例详解[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5]金廊5号南部地块商业A、B号楼及C号楼项目初步设计抗震设防专项审查意见.