ANSYS高层建筑主体结构地震响应分析及优化(5)
随着技术的进步，计算机的更新换代，计算技术、方法和程序也在日渐发展变化。早在20世纪80年代，高层建筑结构计算程序以空间协同计算为主，考虑楼板变形的计算程序根本不可能实现；进入20世纪90年代后，空间结构计算程序普遍代替了空间协同计算，除了一些简单规则的单层及多层建筑仍然采用平面或空间协同计算外，高层建筑结构的计算以假定楼板平面内无限刚性的空间结构计算方法为主，在需要时，复杂结构可以采用考虑楼板变形的完全空间结构计算程序进行分析。可见软件计算方法的发展和进步使计算精度大大提高，为诸如弹塑性动力时程分析等复杂软件的实现提供了计算精度上的保证。
2．2 弹塑性动力时程分析软件EPDA
EPDA软件是由中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的简单实用的弹塑性动力时程分析软件。由于我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）[20]都明确规定“对不规则的、具有明显薄弱部位的、较高的高层建筑结构，应进行罕遇地震作用下的弹塑性变形”。而在“大震”作用下，高层建筑一般都处于弹塑性工作状态，对这类结构进行较准确的分析，一定要考虑材料的弹塑性性质[21]。故使用EPDA软件对有抗震设防要求的建筑结构，尤其是高层、超高层建筑结构，进行弹塑性动力反应分析是十分必要的。
2.2.1 EPDA软件应用范围
EPDA软件可以按任意给定方向计算结构的弹塑性时程响应，适用于“中震”和“大震”作用下各种材料的多、高层及超高层建筑结构，包括钢筋混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构。同时，程序中还考虑了多塔、转换层等结构特点。程序所采用的材料本构关系力求做到准确并符合中国规范。钢材的本构关系采用双折线，设计者可以自由控制塑性阶段的杨氏模量折减。混凝土的本构关系给出了双折线和三折线两种形式，可以考虑受拉开裂、裂缝闭合和压碎退出工作等混凝土材料所特有的复杂特性；其中三折线滞回本构关系是按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）[22]采用等能量法得到的，具有较高的拟合精度。以下为EPDA软件的功能简介。
（1）梁、柱、支撑等一文构件采用纤文束模型模拟，剪力墙用弹塑性墙元模拟。
（2）可以考虑P-Δ效应。
（3）线性方程组求解可采用LDLT法或共轭斜量法。
（4）动力微分方程组求解可采用Wilson- 法和Newmark- 法。
（5）非线性方程组求解可采用Newton-Raphson法或修正的Newton-Raphon法。
EPDA的前、后处理功能强，应用简单。能够自动读取SATWE、PMSAP的几何信息、荷载信息和钢筋混凝土梁、柱、墙的实配钢筋信息。同时，也可以交互修改生成实配钢筋，充分利用了PKPM系列软件的CFG图形操作功能。其中，SATWE和PMSAP是PKPM系列程序中计算高层建筑的主要软件，这样大大减少了建模工程量，方便了设计人员的应用。这是EPDA软件相较于其他非线性分析软件的一大优点。
2.2.2 EPDA软件应用特点
EPDA属于PKPM系列程序中的EPDA&PUSH程序。EPDA&PUSH程序可对结构进行罕遇地震作用下的弹塑性动力、静力分析，以了解结构的弹塑性抗震性能，确定结构的薄弱层并进行相应的薄弱层验算。其中，EPDA软件具有如下特点[23]。
（1）完全空间化的计算模型。EPDA程序是完全基于空间模型而设计的，尽量做到计算模型能够真实地模拟结构的实际受力状态，最大限度地避免了计算模型所带来的误计算误差。
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