弹性 弹塑性动力时程分析 PKPM新天地 小集锦

动力弹塑性时程分析技术抗震应用阐述高层建筑是当前建筑的主要形式，新材料、新技术的应用使得建筑质量提高，功能越来越齐全。

但其结构设计也更复杂，施工难度加大，因此对其抗震施工技术提出了更高的要求。

高层建筑的投资数额较大，周期也相对较长，而动力弹性时程分析技术是一项综合性较强的技术工作，涉及每一个环节，一旦出现问题，必将影响到施工质量。

从而延误工期，甚至引发安全事故，带来严重的损失。

所以，在施工过程中，必须加强建筑结构抗震设计中对动力弹塑性时程分析技术的应用，进而保证及时解决潜在的隐患。

1.动力弹塑性时程分析技术概述弹塑性时程分析方法可以有效的将结构作为弹塑性振动体系进行相应的分析，并通过对地震波数据在地面运动中的输入应用，可以有效的进行下一步的积分运算，进而可以得出地面加速度随着时间的变化而发生的变化，同时，还可以得出结构的内力与变形随着时间的变化而变化的整个过程。

动力弹塑性时程分析技术的应用通常有以下几个步骤：第一，通过对几何模型的建立，进而实现网格的划分工作；第二，对材料的本构关系进行确定，并根据各个构件自身的单元类型及材料类型的确定，进而对结构的质量、刚度及阻尼矩阵进行确定；第三，根据本场地的地震波，并对模型的边界条件进行定义，进而得出相应的计算结果；第四，根据计算所得出的结果进行进一步的处理工作，并根据处理的结果进行结构整体性可靠度的评估。

2 高层建筑动力弹塑性时程分析技术管理现状2.1材料设备管理中的问题材料是建筑的基础，现代化高层建筑用途不同，所用的材料也千差万别，加上各种新型材料日新月异，种类繁多，管理十分复杂。

如果购置时质检把关不严、储存方式不合理，很容易出现材料不能及时供应等情况，或导致材料性能下降，或与工程技术要求不相符。

各项机械设备、电气设备也是施工中不可或缺的元素，由于制度不健全、监督不严，存在着违规操作等不规范行为，这就导致动力弹塑性时程分析技术在实际的工程施工过程中不能得到有效的反应。

静力弹塑性分析方法（Pushover方法）与动力弹塑性分析方法的优缺点比较一、Pushover分析法1、Pushover分析法优点：（1）作为一种简化的非线性分析方法，Pushover方法能够从整体上把握结构的抗侧力性能，可以对结构关键机构及单元进行评估，找到结构的薄弱环节，从而为设计改进提供参考。

（2）非线性静力分析可以获得较为稳定的分析结果，减小分析结果的偶然性，同时花费较少的时间和劳力，较之时程分析方法有较强的实际应用价值。

2、Pushover分析法缺点：（1）它假定所有的多自由度体系均可简化为等效单自由度体系，这一理论假定没有十分严密的理论基础。

（2）对建筑物进行Pushover分析时首先要确定一个合理的目标位移和水平加载方式，其分析结果的精确度很大程度上依赖于这两者的选择。

（3）只能从整体上考察结构的性能，得到的结果较为粗糙。

且在过程中未考虑结构在反复加载过程中损伤的累积及刚度的变化。

不能完全真实反应结构在地震作用下性状。

二、弹塑性时程分析法1、时程分析法优点：（1）采用地震动加速度时程曲线作为输入，进行结构地震反应分析，从而全面考虑了强震三要素，也自然地考虑了地震动丰富的长周期分量对高层建筑的不利影响。

（2）采用结构弹塑性全过程恢复力特性曲线来表征结构的力学性质，从而比较确切地、具体地和细致地给出结构的弹塑性地震反应。

（3）能给出结构中各构件和杆件出现塑性铰的时刻和顺序，从而可以判明结构的屈服机制。

（4）对于非等强结构，能找出结构的薄弱环节，并能计算出柔弱楼层的塑性变形集中效应。

2、时程分析法缺点：（1）时程分析的最大缺点在于时程分析的结果与所选取的地震动输入有关，地震动时称所含频频成分对结构的模态n向应有选择放大作用，所以不同时称输入结果差异很大。

（2）时程分析法采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应。

所以此法的计算工作十分繁重，必须借助于计算机才能完成。

基于PKPM-SAUSAGE某综合体罕遇地震弹塑性时程分析曹永超1，王欣2（1．中国建筑设计研究院，北京100044；2.广州容柏生建筑结构设计事务所，广州510170）提要太原市政务中心地上7层，总高度34.2m，平面尺寸166m×154m。

将SATWE分析模型转换成PKPM-SAUSAGE 分析模型，二者模态分析结果相近。

选取2组天然波、1组人工波，以研究结构的动力弹塑性响应，得到结构在罕遇地震作用下的变形、内力和损伤情况。

分析结果反映了结构在罕遇地震作用下构件塑性损伤发展过程，以及由此引起的结构刚度退化和塑性损伤耗能。

剪力墙连梁出现不同程度的损伤，大部分剪力墙墙肢受压损伤因子较小，钢桁架未出现屈服。

考虑材料非线性的结构最大弹塑性层间位移角均满足1/100的规范限值要求，结构满足大震不倒的设防要求。

关键词弹塑性时程分析；罕遇地震；超限高层结构；PKPM-SAUSAGE；1.工程概况太原政务服务中心位于太原市长风商务区西北侧，是一幢综合性行政办公高层建筑。

地上7层，地下2层，建筑总高度34.2m，东西宽约166m，南北长约154m。

整体分内外两层“回”字形布置(见图1)。

主体结构为框架-剪力墙。

“回”字形内外环间连接体及大悬挑部分为钢桁架。

基础采用后压浆钢筋混凝土灌注桩，部分区域兼做抗拔桩。

标准层结构平面布置图见图1。

a)建筑效果图b)PKPM-SAUSAGE模型示意图图1建筑效果图与PKPM-SAUSAGE模型示意图本工程所在地区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，地震设计分组为第一组，场地土类别为Ⅲ类，特征周期值为0.45s。

本结构主要特点如下：1)楼板开洞面积大于盖楼层面积的30％。

2)结构设有多个大跨度桁架。

3)本工程位于8度区，其地震响应较为激烈，对结构抗震性能要求较为严格。

鉴于如此，采用弹塑性时程分析，验算弹塑性变形相关要求[1]，计算关键构件的抗震性能指标，可作为保证结构抗震安全的重要手段。

PKPM软件园地 建筑结构.技术通讯 2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇 黄吉锋（中国建筑科学研究院 北京 100013）0 前言地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。

几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。

与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。

但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。

《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，5.5.1，5.5.2，5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。

下面结合TAT ，SATWE ，PMSAP 和EPDA 等软件应用，探讨如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。

1 弹性时程分析的正确应用11正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。

以下几点是需要特别明确的：（1）抗震规范第5.1.2条第3点规定，“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。

在设计过程中，如何实现“较大值”有不同的做法：1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计；2)在实现振型分解反应谱方法时，放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。

图1 SATWE 地震作用放大系数前一种做法可能使得构件配筋较大，因为在时程分析过程中，构件内力的最大响应具有不同时性，采用包络值进行设计会使得构件内力，尤其是压弯构件内力偏于保守。

630版中增加了那些解决连梁抗剪超限的方法630版中增加了两种解决连梁抗剪超限的方法，1增加了双连梁的设计功能 2 增加了采用交叉斜筋与对角斜撑的功能630版与前一版本楼层抗剪承载力差异的主要原因型钢的楼层抗剪承载力的计算不再将型钢等效为钢筋进行计算，而是按照《型钢混凝土组合技术规程》中承载力的公式计算其极限弯矩与极限剪力进行控630版与前一版本节点核心区差异的主要原因梁端弯矩取到梁刚域处。

630版与前一版本混凝土柱配筋差异的主要原因顶层柱的判断准则改为按照柱上部是否存在竖向构件进行判断。

中震弹性和中震不屈服下剪力墙轴压比相同剪力墙轴压比是恒活荷载控制的与地震无关。

如果在中震不屈服时采用混凝土强度标准值，则其轴压比与小震相比将会降低，更不合理PMSAP与SATWE地下室土约束位置的差异SATWE中的土约束默认为作用在刚性楼板上，PMSAP作用在节点上，新版的SATWE中允许地下室顶板按弹性板计算，此时SATWE与PMSAP一致。

PMSAP与SATWE调幅的差异SATWE的支座是按照梁端是否有竖向构件进行判断，PMSAP按照恒荷载下梁端是否是负弯矩进行判断。

PMSAP与SATWE的活荷载折减差异SATWE的活荷载折减在PM中进行，即折减荷载，PMSAP中是在设计中实现的，是折减效应。

PMSAP中为什么有的剪力墙没有输出配筋？程序自动判断的转换墙会给出梁式配筋，在“剪力墙面外及转换墙配筋”菜单中查看。

PMSAP中斜墙配筋结果是什么含义？斜墙按照应力配筋，并考虑了边缘构件等构造要求。

H打头的为水平筋，V打头的为竖向筋。

PMSAP中弹性板配筋每点处均有两个值，是什么含义？板边处分别为平行于板边和垂直于板边的配筋，形心处为主弯矩方向的配筋，目前没有输出角度，可在文本文件中查看。

下一版会增加形心处配筋角度的输出。

边缘构件的配筋特别大是什么原因？一般是由于短肢剪力墙考虑全截面配筋率造成的。

抗震等级为4级时为什么会出现约束边缘构件？应在参数中勾选“当边缘构件轴压比小于抗规6.4.5条规定的限值时一律设置构造边缘构件”连梁刚度折减系数程序中是如何考虑的？连梁有两种方式建模：一是按照框架梁建模并指定连梁属性，二是按照剪力墙开洞建模，在分析程序中会自动将洞口上方判断为连梁。

7、动力时程分析7.1结构的弹性动力时称分析（图01 ）图01主界面图1 主菜单表5.1.2.1 采用时程分析法的房屋高度范围度、烈度、场地类别房屋高度范围8度Ⅰ、Ⅱ类和>1007`度8度Ⅲ、Ⅳ类>809度>601.1 结构的弹性动力时程分析（图1.1）：位置：主菜单\结构的弹性动力时称分析图1 地震波选择操作说明及规范链接：○〈选择地震波〉：选用不少于二组的实际强震记录，一组人工模拟的加速度时程曲线。

见〈建筑抗震设计规范〉[GB50011-2019]第5.1.2条。

○〈地震波信息〉：纵坐标示〈加速度〉，横坐标示记录时间。

○〈峰值加速度值〉：最大值见〈建筑抗震设计规范〉[GB50011-2019]5.1.2条表5.1.2.-2 时程曲线最大值地震影响6度7度8度9度多遇地震18 35(55) 70(110) 140罕遇地震220(310) 4000(510) 620○方向：计算单向地震时，主分量峰值加速度赋正确值，其它赋0；计算双向地震时，主、次分量峰值加速度赋正确值，其它赋0；○楼层剪力、楼层弯矩不分塔统计：应勾选。

1.2分析参数（图1.2）：位置：主菜单\分析参数图1.2 弹性动力时程分析参数操作说明及规范链接：○〈地震波主方向与X轴夹角〉：可用90。

○〈主分量峰值加速度〉：○〈次分量峰值加速度〉：○〈垂直分量峰值加速度〉：计算单向地震时，主分量峰值加速度赋正确值，其它赋0；计算双向地震时，主、次分量峰值加速度赋正确值，其它赋0；○〈结构阻尼比〉：钢筋混凝土结构：0.05；小于12层纲结构：0.03；大于12层纲结构：0.035。

○〈第一条地震波放大系数〉：可不放大。

○〈第二条地震波放大系数〉：可不放大。

○〈第三条地震波放大系数〉：可不放大。

2.1、时程分析结果图形显示（图2.1）：位置：主菜单\时程分析结果图形显示图2.1.位置菜单2.1.1动力时程分析结果（WDYNA.OUT1）：位置：位置菜单\动力时程分析结果WDYNA.OUTWDYNA.OUT动力时程分析结果2.1.2 最大楼层位移曲线（图2.1.2）：位置：位置菜单\最大楼层位移曲线图2.1.2最大楼层位移曲线2.1.3 最大层间位移角曲线（图2.1.3）：位置：位置菜单\最大层间位移角曲线图2.1.3最大层间位移角曲线2.1.4 最大楼层剪力曲线（图2.1.4）：位置：位置菜单\最大楼层剪力曲线图2.1.4最大楼层剪力曲线2.1.5 最大楼层弯矩曲线（图2.1.5）：位置：位置菜单\最大楼层弯矩曲线图2.1.5最大楼层弯矩曲线7.2EPDA/PUSH（图02 ）图02主界面采用弹塑性静、动力分析范围1、甲类建筑及9度区的乙类建筑；2、7-9度区楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；3、高度大于150m的钢结构；4、采用隔震和消能减震设计的结构；5、9度及8度Ⅲ、Ⅳ类高大厂房的排架见〈建筑抗震设计规范〉[GB50011-2019]5.5.2条1、生成弹塑性静、动力分析数据（图1）：位置：主界面\生成弹塑静、动力分析数据图1位置菜单1.1、接力SATWE或PMSAP生成三维弹塑性模型（图1.1.A-C）：位置：位置菜单\接力SATWE或PMSAP生成三维弹塑性模型图1.1.A图1.1.B图1.1.C操作说明：○由图A选择单项。

pkpm中刚性版和弹性板应用：做为一名PKPM一线的结构技术服务人员，最能发现用户的疑惑，在最近一段新版软件的使用中，很多设计人员还是对几种弹性板的运用理解不到位，我这里大概做一个简单阐述，以方便设计人员再设计中正确运用这几类板。

通常情况下在计算周期比和位移比这两个结构的整体指标的时候，是选择强制采用刚性楼板假定的。

刚性楼板的物理意义是楼板平面内无线刚，平面外刚度为0。

弹性板6表示完全弹性的有限元壳，其面内刚度用平面应力膜模拟，平面外刚度用厚薄通用的厚板元模拟，这种楼板计算假定从理论上来说最符合楼板的实际受力情况，但是由于存在平面外的刚度，将促使楼板与梁共同分担上部结构引起的内力，从而使梁的弯矩和配筋相应的减小，减小的弯矩部分由弹性楼板承担，这样与采刚性楼板假定的内力与配筋不同，因此，不要轻易选择弹性板6，弹性板6主要用于板柱体系或者板柱剪力墙结构。

弹性膜假定采用的是平面应力膜单元，真实地反映楼板的平面内刚度，同时忽略平面外刚度，即平面外刚度为0。

由于弹性膜真实地反映平面内刚度，又可以避免采用弹性板6而造成梁的安全度的降低，因此，较多用于体育场馆，楼板开大洞、楼板平面布置时产生的狭长板带、框支转换结构中的转换层楼板、多塔连体结构中的弱连接板，以及坡屋面。

在未采用刚性楼板假定时，坡屋面软件在计算的时候默认采用的是弹性膜，不必要再去定义。

弹性板3假定平面内刚度无限大，平面外的刚度为有限刚，面内采用了刚性楼板假定的有限元壳，面外采用厚薄通用的中厚板元模拟，主要适用于厚板转换结构的转换厚板，这类结构的转换板比较厚（1米以上），其面内刚度很大，通过厚板的面外刚度，改变传力路径，将厚板上的结构荷载传递到下部。

弹性楼板的计算和选择（一）什么是弹性楼板在外力作用下能够产生弹性变形的楼板。

（二）弹性楼板的造择与判断⑴楼饭局部大开洞（图略）⑵板柱体系或板柱—抗震墙体系：《高规》第5.3.3条规定：对于平板无梁楼盖，在计算中应考虑板的平面外刚度的影响，其平面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为扁梁计算。

PKPM软件园地 建筑结构.技术通讯 2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇 黄吉锋（中国建筑科学研究院 北京 100013）0 前言地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。

几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。

与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。

但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。

《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，5.5.1，5.5.2，5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。

下面结合TAT ，SATWE ，PMSAP 和EPDA 等软件应用，探讨如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。

1 弹性时程分析的正确应用11正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。

以下几点是需要特别明确的：（1）抗震规范第5.1.2条第3点规定，“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。

在设计过程中，如何实现“较大值”有不同的做法：1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计；2)在实现振型分解反应谱方法时，放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。

图1 SATWE 地震作用放大系数前一种做法可能使得构件配筋较大，因为在时程分析过程中，构件内力的最大响应具有不同时性，采用包络值进行设计会使得构件内力，尤其是压弯构件内力偏于保守。

建筑工程结构动力弹塑性时程分析摘要：本文主要对深圳某建筑工程结构动力弹塑性时程情况进行了分析，包括弹塑性分析方法、单元类型及有限元模型、抗震情况等，最后对该工程的总体抗震性能作出评价，并提出建议。

关键词：结构; 动力弹塑性; 时程分析; ABAQUSAbstract: this paper mainly to the shenzhen a building engineering structure dynamic elastic-plastic time history analysis, including elasto-plastic analysis method, the unit type and finite element model, such as seismic situation, and finally, the engineering of the overall seismic performance evaluation to make, and puts forward some Suggestions.Keywords: structure; Dynamic elastic-plastic; Time history analysis; ABAQUS 工程概况该项目位于深圳地铁3号线六约站原检修主厂房的上部，为12层的保障性住房。

原检修主厂房为纯框架结构水平向跨度为12m，竖向跨度为18m及21m。

层高12.3m，基础为人工挖孔桩。

本次设计是在原有已完工建筑基础上进行。

先设一层转换层，层高7.2m，然后是塔楼部分，均为12层，结构形式为剪力墙结构。

工程特点：一是转换结构，塔楼没有墙肢落地；二是大跨结构，混凝土转换梁最大跨度达21m；三是竖向刚度突变，首层层高12.3m，第二层层高7.2m。

结构动力弹塑性时程分析（一）弹塑性分析方法目前常用的弹塑性分析方法从分析理论上分有静力弹塑性（pushover）和动力弹塑性两类，从数值积分方法上分有隐式积分和显式积分两类。

建筑结构丨超限报告写法详细解读，终于不再为写报告发愁了！展开全文1 报告的名称报告名称应为《×× 工程超限设计的可行性论证报告》（见住房和城乡建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（以下简称《超限专项审查技术要点》）第六条（二）款）或《×× 工程超限设计的送审报告》，不应称为《×× 工程超限设计的审查报告》。

笔者审查过的报告名称多数都称为《审查报告》，只有少数称为《可行性论证报告》或《送审报告》，汉语里凡带“审”的词，如审查、审核、审定、审校、审理、审批、审判等都是对第三方的，不是对自己的。

《送审报告》的意思是送给第三方审查的报告，因此笔者认为称《送审报告》是可以的。

2 报告的文本不应太长，也不应太简略超限工程的可行性论证报告应按照《超限专项审查技术要点》的要求编写。

报告不应太长，页数不应太多（有的长达 100 ～ 200 页），字体不要太大（以小四号为宜），A4（A3）纸每页宜为30 行以上，有的报告字体为四号字，每页只有 20 行，使页数大增。

如只需写出本工程超限的内容，没有超限的指标不需要写，很多报告都按《超限专项审查技术要点》的附录一～附录四及各省（市、自治区）的《超限高层建筑工程抗震设防界定标准》罗列了几十项指标，再在各项指标后面写“是”或“否”或打√，增加报告的页数、浪费纸张，也浪费审查专家的时间，实在没有必要（犹如医院的健康体检表，如医院只会写明某人有高血压、糖尿病，而不会写没有肝癌、没有肺癌、没有肠癌、没有……）。

有的报告又写得太简略，内容不全。

3 报告的文本不需要精装报告的文本普通装订即可，不需要精装，用普通白纸即可，没有必要用太厚的纸（如铜板纸），太厚的纸加上精装翻页困难（会自动闭合），翻阅不便，会浪费成本。

4 应写明工程的具体地址（这是确定地震动参数的依据）如不能只写工程位于“成都市”，因为成都市所辖的不同区、县（市）、乡（镇）的地震动参数是不同的。