PDF《马云东收稿日期：》

3 工程背景及模型设置 3.1 工程背景 该工程为拟建超高层建筑,由两栋建筑组成,一栋

80 层(下文简称 A 建筑) ,高约为 480m 左右的超 高层建筑,标准层高 6m.其右侧有一栋

70 层建筑(下文简称 B 建筑) ,高约为 420m,两栋建筑结构相同, 只是高度方面的差异,两建筑距离为 30m.以A建筑为例说明,其结构为核心筒-框架结构.核心筒为

12 *24m 长方形钢筋混凝土筒体,核心筒底部翼墙厚 2m,贯穿整个建筑物.依托核心筒,框架向外每侧伸 展12m,承重柱和梁截面为 2*2m.外轮廓尺寸分别为 1-50 层,48*36m;

50-70 层,24*36m;

70-80 层, 24*12m(B 建筑没有这部分) .主体结构材料如表

1 所示. 表1主体结构材料 Table

1 The main structure materials 参数(parameter) 材料(Material) 弹性模量 (Elastic modulus) GPa 密度 (density)kg/m3 泊松比 (Poisson) 粘聚力 (Cohesion)C kPa 内摩擦角 (friction angle)φ (°) 钢筋混凝土(承重柱和梁) (Reinforced concrete (columns and beams))

31 1900 0.17

4000 60 钢筋(steel)

206 7900 0.3

5000 80 3.2 建筑基本模型的建立 根据上述对 A,B 超高层建筑几何尺寸的说明,构建的超高层建筑立面图如图

1 所示.这里规定 X 方 向为正方向(正视) .各层剖面结构如图

2 所示.核心筒结构如图

3 所示. 图1超高层建筑立面图 Fig.1 the elevation of the high-rise buildings 图2各层剖面结构 Fig.2 the profile structure of the different layer 图3核心筒结构 Fig.3 Core tube structure 设组成建筑基本构建的单元颗粒半径 R=1m,则工程说明中的建筑各部分几何尺寸即可与图 1-3 相对 应.为了体现核心筒作用,增强空间刚度,将核心筒构造成净空和梁厚均为 2m 的单元.建筑各特征横断 面如图

2 所示.核心筒结构如图

3 所示.根据工程背景介绍,构成建筑的颗粒性质设置如表

2 所示.参数 值根据表

1 及PFC3D 用户手册相关设置确定. 表2基本单元颗粒性质 Table

2 The basic unit particle properties 密度 (density) /(Kg/m3 ) 颗粒粒径 (Particle radius)R /m 颗粒法向刚度 (normal stiffness) kbn/(GPa) 颗粒切向刚度 (shear stiffness) kbs/(GPa) 法向内聚力 (normal cohesion)nb /(MPa) 切向内聚力 (Shear cohesion) sb/(MPa) 内摩擦角 (friction angle)φ (°) 2000.0

1 30

30 4000

4000 70 3.3 爆破点设置及模拟情景过程 为了达到研究建筑倒塌对于相邻建筑的破坏影响,根据两栋建筑的相对位置,选择最不利条件下的爆 炸点位进行模拟. 点位选择在 A 栋与 B 栋相邻侧的承重柱与梁结构的连接处, 即第一层核心筒中部梁与柱 的间接处,如图

4 所示.这样才能使遭到爆炸作用的建筑 A 向建筑 B 倾倒,从而造成研究所需要的场景, 爆破点如图

4 所示.爆破模拟工况分为三种,分别是爆破点炸药量为

106 J、107 J、108 J,其他条件不变. 炮孔半径 R=0.1m;

设置破裂区范围是 5m. 图4爆破点的设置 Fig.4 The blasting point set 注:图中箭头线表示爆炸引起的作用在颗粒上产生的速度矢量. 压缩区在建筑结构中较小,所设置能量较小(10%) .振动区将爆炸能量以振动形式向外传播,其消 耗能量并不多(10%) .而使建筑倒塌的破裂区是爆炸能量消耗的主体,其使结构产生裂隙和劣化,所设置 能量最大(80%) .主要参考了矿山爆破过程[19] 中三个区域的划分,同时根据建筑结构的特点(不考虑气体 膨胀劣化作用)增加了破裂区消耗能量的比例,并缩小了破裂区范围.