某不規(guī)則高層建筑的抗震性能探究

王波 徐建松

【摘要】在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快的過(guò)程中，建筑也逐漸向著高層的方向發(fā)展，且在結(jié)構(gòu)上也具有了不規(guī)則特征。在該類(lèi)建筑建設(shè)當(dāng)中，做好抗震控制可以說(shuō)是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在本文中，將就某不規(guī)則高層建筑的抗震性能進(jìn)行一定的研究。

【關(guān)鍵詞】不規(guī)則高層建筑;抗震性能

近年來(lái)，多種具有不規(guī)則特征的高層建筑在我國(guó)得到了建設(shè)，單純從結(jié)構(gòu)角度而言，該種體型復(fù)雜且不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)在面對(duì)地震災(zāi)害時(shí)有較大的幾率受到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)損失的發(fā)生。對(duì)此，即需要能夠做好該類(lèi)高層建筑的抗震性能研究工作，通過(guò)抗震設(shè)計(jì)工作的科學(xué)進(jìn)行提升建筑的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1、結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論與方法

通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)抗震性能而言，可以通過(guò)彈塑性方式進(jìn)行計(jì)算獲得，包括有動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析以及靜力彈塑性分析，通過(guò)彈塑性分析方式的應(yīng)用，能夠?qū)ㄖw在地震抵御方面所具有的能力進(jìn)行評(píng)估，在同地震反應(yīng)譜充分結(jié)合的基礎(chǔ)上，對(duì)某一地面運(yùn)動(dòng)當(dāng)中結(jié)構(gòu)所具有的能力譜曲線(xiàn)進(jìn)行確定，結(jié)合實(shí)際情況做好地震需求譜曲線(xiàn)的建立，以此為基礎(chǔ)對(duì)目標(biāo)位移結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的性能要求進(jìn)行分析與確定，以此實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件抗震性能水平的評(píng)估。從本質(zhì)角度來(lái)說(shuō)，能力譜法即是在結(jié)合應(yīng)用結(jié)構(gòu)能力譜曲線(xiàn)與地震反應(yīng)譜曲線(xiàn)基礎(chǔ)上，對(duì)地震情況下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性與相應(yīng)狀況進(jìn)行評(píng)估。

2、工程實(shí)例及基于性能的抗震設(shè)計(jì)的初步實(shí)施

2.1 工程實(shí)例

我國(guó)南部某工程，地上建筑9層，其中一層為多功能廳，二層為建筑入口。建筑總高度42.1m，有一層地下室，層高4m，作為人防與停車(chē)場(chǎng)使用。該建筑平面東西向以中心軸對(duì)稱(chēng)，為凹字形平面，豎向具有三次收進(jìn)，具有不規(guī)則特點(diǎn)。

2.2 抗震設(shè)計(jì)方式

2.2.1 提升剛度與整體性

對(duì)于建筑來(lái)說(shuō)，其是由橫縱向承重構(gòu)件同樓蓋組合形成的結(jié)構(gòu)體系。在建設(shè)與設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要能夠具有良好的整體穩(wěn)定性以及整體高度。在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的增強(qiáng)，則能夠?qū)Φ卣鹱饔孟聵?gòu)件屈服情況起到有效的推遲作用，對(duì)構(gòu)件延性要求進(jìn)行降低，在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中，也需要能夠做好結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布以及抗側(cè)力構(gòu)件的布置工作，通過(guò)剛性樓蓋的應(yīng)用，則能夠保證抗側(cè)力構(gòu)件在運(yùn)行當(dāng)中能夠根據(jù)側(cè)移剛度對(duì)地震力作用進(jìn)行合理的分配。

2.2.2 提升結(jié)構(gòu)延性

在設(shè)計(jì)當(dāng)中，要想保證建筑在地震作用下具有較強(qiáng)的抗震能力表現(xiàn)，則可以通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)架的破壞實(shí)現(xiàn)地震能量的延性分散，因此對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)受到的地震能量進(jìn)行降低。具體方式，可以對(duì)構(gòu)件間承載力的相對(duì)大小進(jìn)行合理的調(diào)整，對(duì)有效的屈服機(jī)制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過(guò)結(jié)構(gòu)延性則能夠?qū)Φ卣鹎闆r發(fā)生的非彈性變形進(jìn)行有效的抵抗，同結(jié)構(gòu)抗震性相比具有更強(qiáng)的強(qiáng)度表現(xiàn)。而為了能夠在地震作用下使結(jié)構(gòu)在延性方面具有較好的表現(xiàn)，則可以在設(shè)計(jì)當(dāng)中將塑性變形在具有延性能力的構(gòu)件上進(jìn)行較多的集中。具體方式，可以對(duì)可接受塑性變形結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，即強(qiáng)柱弱梁。對(duì)于該方式來(lái)說(shuō)，通過(guò)人為作用使地震發(fā)生時(shí)混凝土框架出現(xiàn)更早的塑性鉸，而柱的塑性鉸相對(duì)較晚，以此保證框架在塑形耗能能力方面具有較好的表現(xiàn)。同時(shí)為了避免地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)還沒(méi)有發(fā)揮延性即受到破壞，則可以對(duì)構(gòu)件的抗剪切能力進(jìn)行增強(qiáng)，對(duì)柱端、梁端同節(jié)點(diǎn)位置的組合剪力值進(jìn)行增強(qiáng)，避免構(gòu)件發(fā)生剪切破壞問(wèn)題。此外，也可以結(jié)合實(shí)際做好抗震構(gòu)造措施的應(yīng)用，如通過(guò)箍筋能增加使其在破壞中具有更好的延性表現(xiàn)。

3、彈塑性性能分析

為了能夠?qū)υ摻ㄖY(jié)構(gòu)在地震作用進(jìn)行彈塑性分析，使用了PUSH&EPDA程序。在該程序中，可以通過(guò)接力STAWE數(shù)據(jù)形成三維彈塑性模型，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)以X、Y向分別進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析。通過(guò)地震作用下彈塑性變形分析，則能夠?qū)Y(jié)構(gòu)構(gòu)建在此當(dāng)中屈服、開(kāi)裂的順序進(jìn)行給出，明確塑形變形集中與結(jié)構(gòu)應(yīng)力位置，為設(shè)計(jì)活動(dòng)的進(jìn)行提供結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)、屈服機(jī)制等依據(jù)。

3.1 構(gòu)建模型

在該項(xiàng)分析當(dāng)中，構(gòu)件模型選擇情況將會(huì)對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。在本次分析當(dāng)中，按照以下方式選取構(gòu)件模型：第一，梁柱單元方面，對(duì)纖維束空間桿模擬方式使用。由鋼筋、混凝土實(shí)心元組成鋼筋混凝土梁柱單元，其中鋼筋使用鋼筋板進(jìn)行模擬，對(duì)于兩者來(lái)說(shuō)，具有相同的位移以及積分方式。梁柱剛度方面，根據(jù)高斯積分點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變積分形成，桿件塑性區(qū)根據(jù)軸向、橫向發(fā)展，在此當(dāng)中不會(huì)使桿件截面發(fā)生剛度突變問(wèn)題，以此使計(jì)算具有更為準(zhǔn)確的特征;第二，剪力墻方面。對(duì)殼單元模擬方式進(jìn)行使用，其中，非線(xiàn)性單元包括有非線(xiàn)性膜單元與非線(xiàn)性板單元。平面剛度將對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力作用進(jìn)行確定，平面外剛度方面，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗側(cè)力具有較小的影響。在膜部分中，即需要結(jié)合本構(gòu)關(guān)系通過(guò)數(shù)值計(jì)分方式的應(yīng)用做好彈塑性性質(zhì)考慮，程序方面，則可以通過(guò)彈性單元折減方式對(duì)平面部分剛度影響進(jìn)行處理。

3.2 塑性鉸

塑性鉸，即是適筋構(gòu)建受力筋屈服后，此時(shí)在構(gòu)件截面上可能出現(xiàn)的如同鉸效果的轉(zhuǎn)角。同普通的鉸不同，塑性鉸能夠?qū)σ欢ù笮　⒎较虻膹澗剡M(jìn)行承受。其中，梁柱結(jié)構(gòu)使用的為塑性鉸類(lèi)型，梁需要對(duì)彎曲鉸進(jìn)行考慮，內(nèi)力成分不相關(guān)。柱則需要對(duì)軸力彎矩耦合鉸 PMM 鉸進(jìn)行考慮，具有內(nèi)力相關(guān)特點(diǎn)。

在結(jié)構(gòu)推覆分析當(dāng)中可以了解到，在不斷加載中，地下室剪力墻在局部位置出現(xiàn)了一定的裂縫，其原因，即是受到地震作用影響，剪力墻剪切剛度同框架柱相比較大，在地震能量吸收方面，具有首道防線(xiàn)作用，同結(jié)構(gòu)耗能機(jī)制相符合。在不同性能點(diǎn)加載步時(shí)，梁端已經(jīng)存在部分塑性鉸，此時(shí)墻肢位置具有一定量的裂縫，此時(shí)柱還沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸，未處于塑形工作狀態(tài)。底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻方面，在Y向存在區(qū)部墻肢屈服，能夠?qū)π阅芤筮M(jìn)行良好的負(fù)荷。在大震作用下，豎向構(gòu)件能夠達(dá)到不屈服設(shè)防目標(biāo)，結(jié)合構(gòu)件出鉸情況可以了解到，該建筑結(jié)構(gòu)基本上也能夠?qū)Α皬?qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制進(jìn)行滿(mǎn)足。

結(jié)論：

在上文中，我們對(duì)某不規(guī)則高層建筑的抗震性能進(jìn)行了一定的研究。在具體建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要能夠充分把握建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及抗震工作要求，結(jié)合實(shí)際進(jìn)一步做好抗震性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，保證建筑在抗震性方面具有良好的表現(xiàn)。

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