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“基于FEMA-356的钢框架性能分析”
去年有限元比赛题目为20层Benchmark钢框架模型的弹塑性分析，因此笔者基于美国规范FEMA-356进行了0.55g EI Centro波下的钢框架性能分析。
图1 钢框架基本信息
FEMA356钢框架性能分析方法
条文5.5.2.4.3给出了钢框架的性能分析方法：框架梁均采用变形控制；框架柱根据轴力不同可分为变形控制构件和力控制构件，汇总信息如表1所示。
图2 FEMA-356条文5.5.2.4.3
图2中的系数需查表5-5，表5-5如图3所示；构件变形限值需查表5-6，表5-6如图4所示。式中Fye为英制单位，量纲为KPsi，使用时需注意。
图3 FEMA-356 Table 5-5
图3 FEMA-356 Table 5-6
钢框架性能分析
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钢框架柱性能分析方法的确定
利用后处理程序THPP【工具】THPP（PERFORM-3D后处理程序）提取构件轴力并计算轴压力系数，确定框架柱均为变形控制构件。其中变截面楼层的验算结果如表2所示。
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层间位移角
根据我国《抗规》附录M.1.1条文说明中的层间位移角限值取值方法，钢结构不同性能水准下的层间位移角限值如表3所示。
利用THPP【工具】THPP（PERFORM-3D后处理程序）绘制层间位移角曲线，如图4所示。由图4可知，利用我国规范的层间位移角限值，该框架结构在0.55g EI Centro波下进入中度损坏性能状态。
图4 钢框架层间位移角
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钢框架性能状态
利用THPP【工具】THPP（PERFORM-3D后处理程序）对X向、Y向、45度EI Centro波的构件损伤进行包络，包络后的构件性能状态图如图5所示。由图5可知，结构底部楼层已有大量框架梁进入IO性能状态，结构顶部楼层有部分框架柱进入IO性能状态（X向层间位移角存在突变），因此认为结构整体在0.55gEI Centro波下进入IO性能水准。
图5 钢框架性能状态图
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规范对比
根据我国规范和FEMA356的性能水准破坏描述及其可需修复性，将FEMA356中的性能水准与我国规范的性能水准对应起来，对应结果如表4所示。根据前文的分析结果，FEMA356的分析结果为IO性能水准，抗规的分析结果为中等损坏，由此可知我国规范的层间位移角限值较FEMA356的构件性能限值更为严格。
总 结
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根据《抗规》，20层Benchmark钢框架结构在0.55g的EI Centro波下发生中等损坏；
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根据FEMA356，20层Benchmark钢框架结构在0.55g的EI Centro波下进入IO性能状态；
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我国规范的层间位移角限值较FEMA356的构件性能限值更为严格。
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