超高层建筑中应用弹塑性抗震方法研究与探讨

高层建筑结构设计论文教授推荐10篇之第十篇：超高层建筑中应用弹塑性抗震方法研究与探讨

　　摘要：在本文中，将会以高层建筑抗震必要性为切入点，对超高层建筑中应用弹塑性抗震方法进行研究与探讨，为超高层建筑在提高抗震效能上提出一些分析与建议，希望可以对从业人员起到一定的借鉴意义。

　　关键词：弹塑性方法； 建筑防震； 超高层建筑；

　　随着我国现代化进程的不断推进，城镇化水平的不断提高，城市可建设空间也在不断缩减，更多的城市建筑开始向更高层次发展，而这一演变虽然赋予了城市更多的生存地域，可是也给建筑工程设计者提出了更多的要求，如何实现高层建筑的防震能力，如何有效评定一个超高层建筑是否安全，这都是需要相关行业人员必须要解决的难题，而各个研究机构也在不断探讨这一话题。

　　1 弹塑性方法

　　1.1 静力弹塑性方法分析

　　从建筑物结构变化分析角度来看，所谓的静力弹塑性方法，其源于建筑物自身结构变化的情况，是一种在特定条件下进行的静力推覆分析方式。在进行实际建筑物自身结构变化时，为了分析过程的精准，也会给其加入一定的侧向力，当这一额外加入的力量开始增加，整个建筑架构就会进入一个逐渐变化的阶段，弹性变动进而出现开裂，随后达到整个架构的屈服力，最后出现结构性的位移，而确定造成这一过程的弹塑力，是确定建筑物整体结构达到抗震标准的一个目标，同时这一方法也给相关从业人员带来了全新的评估方式，整个行业都随之变革。

　　1.2 材料自身存在本构关系与塑性铰分析

　　在进行相关研究时，对于静力弹塑性的分析，均是创建弯矩转角关系或弯矩曲率来确定不同材料之间的静力关系。在由构件截面所组成的本构关系中，如果建筑物遭遇地震，其对于整个构件的力影响从实际结构变化状况进行划分，可以分为可构件立即恢复、出现结构损坏，威胁生命安全、结构彻底破坏四个方面

　　1.3 水平力的分布模式

　　在进行侧向负荷的具体分布形式分析时，根据其力结构的变化，可以体现出在震动条件下，不同结构层在惯力方面的表现形式，同时也可以反映出实际所造成的破坏大小。在当前研究中，对于侧向荷载通常将其划分为两种类别。

　　第一种，固定模式，在固定模式下其实际可出现的形式有三个小类别，分别为：SRSS分布形式，这种形式也可以为研究者显示出惯性力，方便进行分析；均布分布，相对于上一种，它所反映的是对楼层的重力与实际侧向力之间的关系，进而找到惯性力的分布；第三种为倒三角，它是以建筑结构构型作为研究的基础构型，进行找到对应的惯性力分布。以上三种形式，无论哪一种都无法在单一情况下如实反映真正的形变与受力数据，所以通常会采取两种以上进行综合分析。

　　第二种，实时模式，实时模式也可以称之为非固定模式，相对于固定模式，它在研究水平力分布上，相对理想，可以实现相对较好的侧向力加载与对应的分析。在这种模式中，水平力的分布方式研究以及总水平力的求取，均是在周期性研究中完成，在相应的结构上不断施加更高数值的水平力，观察整个结构在进入塑性后的具体表现与破坏程度，进而研究出建筑物结构应对地震烈度的大小。

　　2 提高城市建筑物防震性能的必要性

　　随着我国经济社会发展的步伐不断加快，人们生活水平的不断提高，城市为了在单位面积内容纳更多的人口，开始不断在超高层建筑上投入更多的经历，我国庞大的人口基数更是为这一发展势头提供了源源不断的动力。与其他国家相比，我国高层建筑规模已经走到了一个相对较高的阶段，并且，建筑物的设计风格更是开始复杂化，各种结构的高层建筑开始在各个城市涌现，有些高层建筑的结构复杂度已经超出了国家对建筑物抗震性能要求的范围，很多建筑一味追求风格与美观，在一定程度上忽视了建筑物抗震方面的需求，为群众的生命财产安全埋下隐患，如果不去研究如何提高超高层建筑的抗震方式，突破传统，势必出现极为严重的后果。正因如此，创新技术方法，提高超高层建筑物的抗震能力，成为每一个城市建设者与建筑设计者所关心的话题。

　　3 弹塑性方法在超高层建筑结构设计中的应用分析

　　3.1 在假设的条件中对抗震计算结果的模型进行对应的分析

　　一个群楼，包括两个主体建筑，分别为100米与260米，从整个建筑物结构抗震能力来看，其真正起到抗震效能的，是整体的钢筋混凝土。该项建筑在进行设计与施工时，其规定的抗震烈度为七度，在对建筑模型进行相关分析时，产地内所设置的地震等级为11级，并且地震所产生的加速度为0.1G,该结构设计，不但可以确保建筑物的经济效益，还可以将其抗震技术达到规定的操作范围。此项建筑的中心结构为钢筋混凝土筒中筒，其内筒结构设计为钢筋混凝土剪力墙核心筒，而对应的外筒结构为框筒。根据我国对相关行业所做出的技术规定，处于B级高度下的钢筋混凝土结构中，其主筒的中筒必须要小于230米的高度。而在实际情况下，超高层建筑的受力构件仍然以梁柱与建筑支撑的剪力墙所构成，而这个结构组成中，其梁柱是一个整体构件，而对于真实受力情况的模拟，在研究中可以借助牢间杆单元，但是，模型与实际会略有不同。实际受力情况就衍生出三种力连接的形式，分别为铰接两端，两端固定以及一端固定一端铰接的形式，如果实际建筑中还存在着较大体积的基面，那么具体的剪切变形状况就要考虑更多的实际情况。

　　3.2 通过模型分析静力弹塑性的方法

　　在进行对应的分析工作时，对于静力弹塑性，可以有效使用并构建出三维有限元模型。而相关的分析结果表明，当发生地震烈度为七度的罕见大地震时，建筑物整体结构出现的构件间位移为1164mm,而这一数值处于相对安全范围，整体建筑物出现倒塌的可能性很小，而通过整体模型分析后，发现在建筑物的顶部以及底部，某些柱子出现了塑性铰，而这种现象的直接因素就是异形柱的问题，因此，根据这一现象，可以看出，在整个模型结构的分析与计算中，型钢被舍弃，并且，相应的位置内的钢筋配比没有按照对应的要求进行试验，也是导致这一现象出现的一个因素。

　　3.3 对弹塑性的动力时程进行相关分析

　　在以上的模型数据分析中，可以通过相关的数据展现判断出对应的工程结构是相对安全且具备较强的抗震能力，在对弹力塑性和弹塑性动力时程的相关受力对比找那个，可以直观的看到，塑性铰在这个建筑中的整体分布相对均匀，但是根据弹塑性动力时程而进行的具体分析，其得出的结果相对更具有广泛性。通过模型而分析出来的具体结果中存在的这一现象，基本可以认定高振型自身在模型中可能存在的效果，并没有被融入到静力弹塑性分析方法中。而这一问题，也会让模型分析与现实中真实地震效果的具体破坏程度上，会有可能不同。

　　4 结语

　　根据以上模型分析，建筑物的抗震性能作为建筑设计的首要性能指标，将会是未来各项工程在进行抗震工作必然发展势头。对于建筑物结构设计在抗震方面具备的能力，也会成为当今时代各个国家与相关建设单位所要重视的话题。高层建筑模型设计中，静力弹塑性的分析形势，也将会引起更多相关从业人员的重视。以上的分析结果表面，在分析时，采用的无论是静力弹塑性方法还是弹塑性动力时程，其对具体的研究与对应建筑物抗震能力方面的判断不会产生较大程度的影响，同时使用两种判断方法，可以对建筑物的整体抗震结构设计起到很好的推动作用，也为未来超高建筑的发展与具体施工提供了更为良好的模型借鉴。

　　参考文献
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