什么是钢筋混凝土建筑性能分析?

既有钢筋混凝土建筑的抗震安全性,不是按新建建筑设计中基于力的方法来衡量,而是看构件在地震作用下会产生多大变形,以及这些变形是否仍处于安全限值之内。TBDY 2018 第 15 章规定了这一评估:根据从建筑物收集的信息确定知识水平,计算地震需求,求出每根柱、梁和剪力墙的损伤区域,并对建筑作出“有限损伤”、“可控损伤”或“防止倒塌”性能水平的判定。

线性方法对许多建筑而言快速且足够,但无法显示构件按何种顺序、屈服到何种程度。在基于变形的评估与设计(ŞGDT)方法中,非线性推覆分析逐步跟踪塑性铰的形成;在地震需求下,将每个塑性铰的塑性转角与规范的损伤限值进行比较。

StatiCAD 在同一项目上自动完成这一整条链条,即材料模型、截面分析、推覆曲线、地震需求、损伤表格和建筑判定。结果是一份明确写出判定依据、可直接送审的计算报告。

StatiCAD 在钢筋混凝土性能分析中能做什么?

从线性评估到多模态推覆,既有钢筋混凝土建筑评估的全部步骤。

线性计算方法评估

  • 采用现有材料强度和知识水平系数(全面 1.0 / 有限 0.75)计算截面承载力
  • 在未折减地震作用下,柱、梁和剪力墙的需求/承载力比
  • 延性构件与脆性构件的区分,抗剪承载力校核
  • 按 15.8 准则逐层给出建筑性能水平及依据

非线性推覆(Pushover)分析

  • TBDY 附录 5A 材料模型:Mander 约束与非约束混凝土、考虑应变强化的钢筋
  • 采用纤维(fiber)模型计算弯矩–曲率;柱考虑双轴,梁考虑翼缘效应及正负弯矩分别的承载力
  • 集中塑性铰;可选弹性–完全塑性或强化(双线性)塑性铰
  • 事件到事件(event-to-event)求解器:精确捕捉每个塑性铰的形成
  • TBDY 方向组合:±X ± 0.3Y 与 ±Y ± 0.3X,共八个方向

地震需求与损伤评估

  • 附录 5B 模态转换,以及短周期结构的 CR 修正,得到性能点
  • 塑性转角限值与截面应变限值(TBDY 5.8.1)
  • 剪力墙端部区域的应变校核
  • 构件损伤区域:有限损伤、显著损伤、严重损伤和倒塌
  • 依据 TBDY 15.8 逐层给出建筑性能判定及依据

多模态推覆与 IRSA

  • 自动校核并报告单模态推覆条件(质量参与 ≥ 70%,ηbi ≤ 1.4)
  • 多模态推覆(TBDY 5.6.6):以 CQC 组合各模态推覆及端部塑性转角
  • 每次分析均以数值形式给出弹性一致性条件(TBDY 5.6.6.1)
  • IRSA 增量模态组合方法
  • 自适应(变化)单模态推覆(TBDY 5.6.5)及 P-Δ(二阶)选项

损伤的三维跟踪

  • 沿推覆曲线逐步显示变形形态
  • 塑性铰按损伤区域着色:有限损伤、显著损伤、严重损伤和倒塌
  • 每一步的基底剪力、顶点位移、塑性铰数量和建筑性能水平
  • 需求步单独标记;塑性铰的形成顺序一目了然

SAP2000 验证

  • 同一模型和塑性铰自动导出至 SAP2000,并独立进行推覆
  • 两个程序的推覆曲线、需求点处的塑性铰状态和基底剪力并排对比
  • 如需,可继续采用 SAP2000 的求解结果;需求、损伤和报告仍由 StatiCAD 按 TBDY 流程生成
  • 不使用 SAP2000 时,全部分析和报告均由 StatiCAD 求解器完成

程序截图

StatiCAD 非线性推覆分析窗口:方向组合、推覆曲线、性能点和分析日志

非线性推覆分析窗口:方向组合、推覆曲线、性能点和建筑性能水平

非线性推覆曲线:基底剪力–顶点位移与性能点

推覆曲线与性能点(基底剪力–顶点位移)

分步讲解:如何进行非线性推覆(Pushover)分析?(知识库)

工作流程

  1. 建立既有建筑模型;输入截面、配筋以及现场确定的材料强度。
  2. 在“项目通用设置”中开启钢筋混凝土性能分析,选择知识水平并运行分析。线性评估报告在此阶段即可生成。
  3. 在“非线性推覆分析”窗口中设定方向组合和选项(强化塑性铰、多模态推覆、IRSA、P-Δ),然后开始推覆。
  4. 查看各方向的推覆曲线、性能点和三维损伤分布;导出所选方向的报告。
  5. 若建筑不满足要求,在同一项目中定义加固,并以加固后的状态重新评估。

报告

每个方向组合均生成详细报告,可预览并保存为 PDF:

  • 推覆曲线与模态承载力–需求图
  • 地震需求计算及适用性校核(ηbi、质量参与)
  • 逐构件的塑性转角与损伤区域表
  • 材料模型及剪力墙端部区域应变校核
  • 多模态推覆与 IRSA 汇总、层间位移角分布
  • 建筑性能水平及判定依据

帮助文档

知识库中的分步使用说明、示例解答、理论基础和验证工作。

验证

StatiCAD 推覆引擎已通过与 SAP2000 V27 的自动模型对模型比较得到验证。在作出工程判定的需求点上,两个程序得出相同的顶点位移和吻合的损伤表;八个方向组合中有七个的建筑判定结果一致。唯一的差异出现在需求恰好落在屈服临界值上的边界情况。

单向推覆时,曲线峰值基底剪力之比在 0.89–0.93 范围内,StatiCAD 始终偏于安全。同样的比较可通过“与 SAP2000 验证”选项在每个项目中重现。

验证工作详情(知识库)

规范

TBDY 2018 第 15 章 TBDY 2018 第 5 章(ŞGDT) 附录 5A 与 附录 5B TBDY 5.6.5 与 5.6.6 TS 500
哪些版本包含? 钢筋混凝土性能分析与加固模块包含在 StatiCAD Ultimate、Profesyonel 和 Betonarme 版本中。

常见问题

钢筋混凝土建筑性能分析依据哪本规范进行?

既有钢筋混凝土建筑依据 TBDY 2018 第 15 章评估。基于变形的评估适用第 5 章及 附录 5A(材料模型)和 附录 5B(地震需求);建筑性能水平的判定按 15.8 的规则作出。

应该使用线性方法还是推覆分析?

TBDY 2018 允许两种途径;选择取决于建筑的特点和工程师的判断。在 StatiCAD 中,可在同一模型上先运行线性评估,再运行非线性推覆分析,并对比结果。

如果不满足单模态推覆条件会怎样?

若主导模态的质量参与低于 70%,或扭转不规则系数 ηbi 超过 1.4,报告中会明确标示。对这类建筑,可依据 TBDY 5.6.6 采用多模态推覆或 IRSA 方法进行评估。

推覆分析需要 SAP2000 吗?

不需要。全部分析和报告均由 StatiCAD 自带的求解器完成。如果您的计算机上已安装并授权 SAP2000 V27,则可使用附加选项,以独立求解器对比结果,或继续采用 SAP2000 的求解结果进行计算。

性能分析之后可以设计加固吗?

可以。加固在同一项目文件中定义到构件上,并通过一个选项即可计入计算;加固前后的结果在报告中对比。详情请参阅钢筋混凝土加固页面。

哪些 StatiCAD 版本包含该功能?

钢筋混凝土性能分析与加固模块包含在 Ultimate、Profesyonel 和 Betonarme 版本中。您可以使用免费演示版,在自己的项目上体验完整流程。

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