某超限框架-剪力墙结构中的框架柱在罕遇地震作用下的压弯性能评价

孙 政 （中铁城市规划设计研究院有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 分析方法与分析软件

分析方法为动力弹塑性时程分析法。在软件中输入地震波数据，通过逐步积分，求得在地面运动加速度的每一时刻结构的弹塑性反应，得到结构的内力和变形在地震作用下随时间变化的全过程。该方法可以完整的考虑到地震反应过程中地震波的幅值、频谱特性和持时三要素的影响，也完整的考虑了结构的动力特性。

分析软件采用了Computer and Structures,Inc的三维非线性结构分析软件PERFORM-3D。该软件具有完善的模型库，稳定可靠的算法。特别是PERFORM-3D还体现了基于性能的抗震设计的思想(Performance Based Seismic Design)，其结果可以用来判断结构是否能实现预设的抗震性能目标。

2 柱的非线性力学行为的模拟

采用弹性杆+转角型塑性铰模型，柱端形成塑性铰的准则是在三维空间中代表柱端轴力和双向弯矩的点(P,M1,M2)位于柱端PMM屈服面上，如图1所示。

图1 柱端塑性铰的构成

3 周期及振型

该结构按7度设防，场地土类别为Ⅳ类，设计地震分组为第一组，特征周期为0.9s。前三阶振型如图2所示，周期分别为：3.02（X 向）、2.71（Y 向）、2.11（扭转）。

图2 PERFORM-3D前三阶振型

4 大震时程分析

从结构的水平主轴方向输入变形较大的上海波-shx4波，水平方向地震波输入方向于结构坐标系一致。按7度罕遇烈度输入单向地震波，水平方向峰值加速度为220gal，基底剪力图见图3。按图3所示，SHX4波大震下x和y向最大基底剪力分别为1.24e+5kN和7.89E+4kN，而小震基地剪力为2.81E+4kN和2.04E+4kN，x向基地剪力大震与小震比值为4.4，Y向基地剪力大震与小震比值为3.86.

如图4所示，以两座塔楼顶部质心为参考点（顶部的最大位移分别为509mm和426mm），SHX4波大震下x和y向最大加速度分别为492gal和318gal，发生在5.3s和5.6s。而SHX4大震下x和y向结构最大层位移分别为539mm和414mm（图略）；x和y向结构最大层间位移角分别为1/172和1/223,发生在第25层和第24层（图略）。

图3 Shx4波基底剪力（kN）

图4 Shx4波顶层加速度时程（gal）

5 大震下框架柱压弯性能评价

在SHX4地震波作用下的，典型柱子C1000×1000、C1000×1300 及 H300×1200×40×40（剪力墙中型钢柱）的承载力情况分别见图5。从图中可知柱子在地震波作用下没有出现PMM铰，均处于弹性状态，剪力墙中的型钢柱也处于弹性状态。

图5 三根典型柱子承载力