某不規(guī)則高層建筑的抗震性能探究

王波 徐建松

【摘要】在我國城市化進程不斷加快的過程中，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。在該類建筑建設(shè)當(dāng)中，做好抗震控制可以說是非常重要的一項內(nèi)容。在本文中，將就某不規(guī)則高層建筑的抗震性能進行一定的研究。

【關(guān)鍵詞】不規(guī)則高層建筑;抗震性能

近年來，多種具有不規(guī)則特征的高層建筑在我國得到了建設(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)在面對地震災(zāi)害時有較大的幾率受到破壞，進而導(dǎo)致相關(guān)損失的發(fā)生。對此，即需要能夠做好該類高層建筑的抗震性能研究工作，通過抗震設(shè)計工作的科學(xué)進行提升建筑的運行穩(wěn)定性。

1、結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計理論與方法

通常來說，對于建筑的結(jié)構(gòu)抗震性能而言，可以通過彈塑性方式進行計算獲得，包括有動力彈塑性時程分析以及靜力彈塑性分析，通過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行評估，在同地震反應(yīng)譜充分結(jié)合的基礎(chǔ)上，對某一地面運動當(dāng)中結(jié)構(gòu)所具有的能力譜曲線進行確定，結(jié)合實際情況做好地震需求譜曲線的建立，以此為基礎(chǔ)對目標位移結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的性能要求進行分析與確定，以此實現(xiàn)建筑構(gòu)件抗震性能水平的評估。從本質(zhì)角度來說，能力譜法即是在結(jié)合應(yīng)用結(jié)構(gòu)能力譜曲線與地震反應(yīng)譜曲線基礎(chǔ)上，對地震情況下結(jié)構(gòu)的動力特性與相應(yīng)狀況進行評估。

2、工程實例及基于性能的抗震設(shè)計的初步實施

2.1 工程實例

我國南部某工程，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，作為人防與停車場使用。該建筑平面東西向以中心軸對稱，為凹字形平面，豎向具有三次收進，具有不規(guī)則特點。

2.2 抗震設(shè)計方式

2.2.1 提升剛度與整體性

對于建筑來說，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)計當(dāng)中，通過對結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的增強，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，對構(gòu)件延性要求進行降低，在具體設(shè)計當(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，通過剛性樓蓋的應(yīng)用，則能夠保證抗側(cè)力構(gòu)件在運行當(dāng)中能夠根據(jù)側(cè)移剛度對地震力作用進行合理的分配。

2.2.2 提升結(jié)構(gòu)延性

在設(shè)計當(dāng)中，要想保證建筑在地震作用下具有較強的抗震能力表現(xiàn)，則可以通過結(jié)構(gòu)構(gòu)架的破壞實現(xiàn)地震能量的延性分散，因此對整體建筑結(jié)構(gòu)受到的地震能量進行降低。具體方式，可以對構(gòu)件間承載力的相對大小進行合理的調(diào)整，對有效的屈服機制進行實現(xiàn)，通過結(jié)構(gòu)延性則能夠?qū)Φ卣鹎闆r發(fā)生的非彈性變形進行有效的抵抗，同結(jié)構(gòu)抗震性相比具有更強的強度表現(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)計當(dāng)中將塑性變形在具有延性能力的構(gòu)件上進行較多的集中。具體方式，可以對可接受塑性變形結(jié)構(gòu)進行選擇，即強柱弱梁。對于該方式來說，通過人為作用使地震發(fā)生時混凝土框架出現(xiàn)更早的塑性鉸，而柱的塑性鉸相對較晚，以此保證框架在塑形耗能能力方面具有較好的表現(xiàn)。同時為了避免地震作用時結(jié)構(gòu)還沒有發(fā)揮延性即受到破壞，則可以對構(gòu)件的抗剪切能力進行增強，對柱端、梁端同節(jié)點位置的組合剪力值進行增強，避免構(gòu)件發(fā)生剪切破壞問題。此外，也可以結(jié)合實際做好抗震構(gòu)造措施的應(yīng)用，如通過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)在地震作用進行彈塑性分析，使用了PUSH&EPDA程序。在該程序中，可以通過接力STAWE數(shù)據(jù)形成三維彈塑性模型，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)以X、Y向分別進行動力時程分析。通過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、開裂的順序進行給出，明確塑形變形集中與結(jié)構(gòu)應(yīng)力位置，為設(shè)計活動的進行提供結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)、屈服機制等依據(jù)。

3.1 構(gòu)建模型

在該項分析當(dāng)中，構(gòu)件模型選擇情況將會對分析結(jié)果的準確性產(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，對纖維束空間桿模擬方式使用。由鋼筋、混凝土實心元組成鋼筋混凝土梁柱單元，其中鋼筋使用鋼筋板進行模擬，對于兩者來說，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)中不會使桿件截面發(fā)生剛度突變問題，以此使計算具有更為準確的特征;第二，剪力墻方面。對殼單元模擬方式進行使用，其中，非線性單元包括有非線性膜單元與非線性板單元。平面剛度將對結(jié)構(gòu)抗側(cè)力作用進行確定，平面外剛度方面，對于結(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)系通過數(shù)值計分方式的應(yīng)用做好彈塑性性質(zhì)考慮，程序方面，則可以通過彈性單元折減方式對平面部分剛度影響進行處理。

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?、方向的彎矩進行承受。其中，梁柱結(jié)構(gòu)使用的為塑性鉸類型，梁需要對彎曲鉸進行考慮，內(nèi)力成分不相關(guān)。柱則需要對軸力彎矩耦合鉸 PMM 鉸進行考慮，具有內(nèi)力相關(guān)特點。

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，具有首道防線作用，同結(jié)構(gòu)耗能機制相符合。在不同性能點加載步時，梁端已經(jīng)存在部分塑性鉸，此時墻肢位置具有一定量的裂縫，此時柱還沒有出現(xiàn)塑性鉸，未處于塑形工作狀態(tài)。底部加強區(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行良好的負荷。在大震作用下，豎向構(gòu)件能夠達到不屈服設(shè)防目標，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皬娂羧鯊?、強柱弱梁”機制進行滿足。

結(jié)論：

在上文中，我們對某不規(guī)則高層建筑的抗震性能進行了一定的研究。在具體建筑設(shè)計當(dāng)中，需要能夠充分把握建筑結(jié)構(gòu)特點以及抗震工作要求，結(jié)合實際進一步做好抗震性能的優(yōu)化設(shè)計工作，保證建筑在抗震性方面具有良好的表現(xiàn)。

參考文獻：

[1]劉斌.某不規(guī)則超限高層基于性能的抗震設(shè)計與研究[D].南昌航空大學(xué)，2017.

[2]黃錦.不規(guī)則回字形混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[D].安徽建筑大學(xué)，2016.

[3]馬永宏.不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)研究進展及展望[J].四川水泥.2020，（1）.1-76.