哈尔滨钢筋混凝土承重墙拆除后，SAP2000仿真模拟分析会如何？

作者 | 建源之光 仿真秀专栏作者

导读：近日，哈尔滨市松北区利民学苑B栋有租户在3楼装修时砸掉了承重墙，导致大楼从下往上出现裂缝，楼内200余户居民被紧急撤离，临时安置到酒店。从网传视频看，该房间中钢筋混凝土的承重墙大面积被砸掉，只剩下钢筋，房间中还留有钩机、推土机等大型设备。据小区业主表示，当晚这栋共31层高的大楼，就开裂到了15层，第二天下午裂到21层，导致楼房无法 正常使用。

一、仿真分析概述

对于倒塌仿真分析，工况步骤为：

初始重力工况→抗倒塌工况（需要采用非线性直接积分法！）

对于模型分析需要满足以下的关键点： 

•时程分析时步长不宜大于0.005s。

且在实际工程应用分析时，需要三维计算模型全面考虑。由于本文仅对该现象进行抛砖引玉的剖析，仅建立2D平面框剪模型进行分析，如下图所示。

二、仿真机理

•整体拆除机理

对该行为的仿真通常采用构件拆除法，和抗倒塌分析的步骤一致，将拆除失效的构件，通过等效为该失效构件所产生的力（M、V、N），并根据拆除方式，令失效构件所产生的力变为0，如下图所示。

•梁柱构件机理

由于该分析涉及构件弹塑性状态的分析，需要对梁柱和墙体做弹塑性定义。

对于梁柱的弹塑性行为定义通常有以下方式：

各类方法均有优缺点：

•精细化实体有限元梁柱单元存在标定难度大，计算量大的问题。

因此，针对梁和柱的受力特征，在常规的建筑结构体系中，建议梁采用塑性铰单元，柱采用纤维截面梁柱单位。

•墙板构件机理

对于墙板的分析SAP2000提供了分层壳单元，分层壳单元可以分析任意板墙单元，但是缺点就是计算量相对较大。因此对于高宽比较大的墙体可采用墙铰的形式进行弹塑性分析。

建议在拆除构件附近的楼板采用分层壳单元，其他楼板采用弹性薄壳。

剪力墙视情况而已，不需要考虑节约算力时，建议全部采用分层壳单元。

三、仿真定义

模型建模与定义可根据上述进行建模，需建两个模型，一个是拆除后的模型，一个是未拆除的模型。拆除后的模型主要是为了计算竖向周期，并定义模型的Rayleigh阻尼，未拆除的模型为了模拟整体拆除过程。

•拆除模型定义

对于拆除模型，为了求解竖向周期，定义自由度为 UZ、RY（如果是3D模型则为：UZ、RX、RY）。

求解得到结构前三阶竖向周期为：

•未拆除模型定义

对于未拆除模型需要模拟分析整体拆除过程的结果。需要预先定义好前置的重力工况，并接力倒塌分析工况。通过软件查询得到拆除的墙体编号为1号。

对于重力工况定义如下：

需要注意的是：

3、定义准永久工况（如果有Live工况，应增加且比例系数为0.5）

对于倒塌工况定义如下：

需要注意的要点：

1、接力重力工况

2、打开非线性和直接积分法

3、勾选P-Δ效应

4、打开连续倒塌选项

5、显示移除对象，此处移除的是1号墙体单元。

移除时间是在1s后开始移除，持时是移除的时间通常是拆除后结构竖向周期的1/10甚至更小，此处持时为0.02s。

时间步长选择10^(-4)s，数量3w步，确保整体过程能完全展示得到。

对于瑞利阻尼的定义如下：

对于瑞利阻尼的填写，建议有两种方式：

2、第一周期填写竖向第一周期，第二周期填写1/10的竖向第一周期。

此处由于阻尼比建议为0.02~0.04，而非0.05，混凝土构件拆除后，塑性铰开展，非线性展开的阻尼应在塑性铰发展中产生。整体的阻尼比考虑过高，会高估系统阻尼比。

四、仿真结果展示

由下图可以得到（10倍变形放大），当1号墙体拆除时，对应楼上将多处出现开裂，与实际现象一致。因此，在装修过程中，在对结构信息不了解的情况下，切勿对承重受力构件进行暴力拆除，否则将来带来不可预见的损失。