高层建筑工程结构抗震设计及其大震弹塑性分析

高层建筑工程结构抗震设计及其大震弹塑性分析

周勇

321023198408281413

摘要：高层建筑在提高土地资源利用率方面有突出的作用，但其建设规模大，质量要求高，可因外部作用而发生局部失稳乃至坍塌等事故，因此如何有效提高建筑的抗震性能是值得重点探讨的内容。为保障高层建筑的安全使用，亟需加强对抗震设计方法的探索，明确对抗震效果造成影响的关键因素，确定适用于高层建筑的抗震设计方法，制定抗震方案并落实到位，切实提高高层建筑的抗震性能。基于此，对高层建筑工程结构抗震设计及其大震弹塑性进行研究，以供参考。

关键词：高层建筑；抗震设计；大震弹塑性

引言

在开展钢结构设计工作时,设计人员应根据国家相关标准的要求,明确结构设计要点,并最大限度地保证整体结构的安全性和可靠性。由于在同等荷载条件下,钢结构比传统混凝土结构尺寸更小、厚度更薄,因而其抗震性能更优。但与此同时,钢结构在实际应用中也更容易因受到外界因素的影响而出现失稳的问题。

1影响高层建筑抗震效果的关键因素

1.1材料性能和施工的影响

材料性能对建筑结构抗震效果有显著的影响，在同等地震条件下，若选用的建材质量越高，则相应的抗震性能越好，对地震作用力的抵御能力增强，否则将由于材料质量低下而加大失稳、坍塌的可能。即便部分材料在日常使用中无异常状况，但受到地震或是其他外部作用时，将发生事故，因此合理选择材料尤为关键。建筑建设中可以考虑楼板、隔断等相关构件的应用，具体材料包含空心砖、加气混凝土板等，此类材料具有轻质化、抗震性能突出的特点，有利于提升建筑结构的抗震效果。在日常施工中，必须加强对各环节的质量控制，确保建设成型的建筑结构能够满足抗震要求。

1.2地震灾害

第一,结构坍塌。当钢结构竖向刚度分布不均匀时,楼层承受荷载的能力会受到不利影响。在这种情况下,楼层就会出现明显的薄弱层,最终导致结构坍塌。第二,梁柱节点破坏。这种破坏形式的出现频率非常高,其主要原因可能是钢结构的自身缺陷。在实际施工过程中,螺栓连接不牢固、钢筋焊接不合理等问题,使梁柱节点普遍存在受力不均匀、应力集中等问题。在这种情况下,如果梁柱节点受到地震力的冲击,那么钢结构就很容易出现开裂、脱落等问题。第三,竖向支撑整体或局部失稳。竖向支撑主要为建筑结构提供较大的侧向刚度,并在面对强大地震力的冲击时支撑建筑结构。通常,竖向支撑需要承受较大的轴向力,并且一旦轴向力超过临界值,就会出现局部失稳的情况。

2高层建筑工程结构抗震设计要点

2.1联合构建多道抗震防线

高层建筑的抗震设计需要集多项措施于一体，即建立起多道防线，全面提升建筑对地震的抵抗能力，即便第一道防线遭到攻击，其他各道防线也依然可以有效阻挡地震作用力，减小地震对建筑造成的不良影响。在高层建筑多道防线的设计中，可考虑框架剪力墙等具有较强抗震性能的结构，以便建立高层建筑的第一道防线。与此同时，剪力墙还是重要的抗侧力构件，因此需要保证剪力墙在承受能力、数量等方面均具有合理性。考虑剪力墙开裂后重新分配的地震作用，按框架和墙两部分结构开展抗震设计工作，充分发挥出各自在分配地震剪力方面的作用，避免外力集中作用于某处；在剪力墙结构的设计中，可以考虑连梁的应用，以此来增强剪力墙的抗震性能。

2.2施工材料选择

施工材料是建筑工程的物质基础,合理选择施工材料是提高建筑结构抗震性能的关键。当前,建筑市场上有各种各样的施工材料,它们的质量参差不齐。因此,在采购施工材料时,采购人员必须全面了解不同产品的具体性能和质量。在施工材料运抵施工现场后,管理人员应采取抽样检测的方式来保证施工材料的质量和性能。此外,管理人员还应根据施工材料的类型来分类保管,以免影响其使用性能。总之,相关人员只有从采购、质检、保管等多个环节着手,不断加大管控力度,才能更好地保证建筑工程的建设质量。

2.3利用辅助部件来保证建筑结构的抗震性能

在建筑结构抗震设计过程中,设计人员必须了解各建筑结构特点,合理利用辅助部件来保证建筑结构在受到破坏时仍具备抗震能力。除主要部件外,其他的辅助零部件同样能够发挥抗震作用,它们能够保证建筑结构抗震性能的持续性、稳定性。因此,在具体工作中,设计人员应分析各结构部件的抗震性能系数。另外,设计人员还要对建筑结构抗震设计方案中的各种零部件进行检测。其间,设计人员要重点检测辅助部件是否能够保证建筑结构的抗震性能。当在检测过程中发现问题时,设计人员需要及时调整辅助部件的应用方案,从而进一步保证居民的居住安全。

3大震弹塑性分析

3.1静力弹塑性分析法

首先以传统抗震设计方法开展设计工作，在此基础上围绕设计成果做静力弹塑性分析，以此来评估结构的抗震特性。加载静力荷载直至其达到结构的最大性能点，确定此条件下结构变形和横向荷载两项参数，分析两者具备的关系，同时考虑反应谱计算的抗震性能要求，评估结构的抗震性能是否达到要求。按前述思路进行分析后，确定性能反应谱和设计反应谱，综合分析两者，产生的交点即为性能控制点。在性能点的计算分析中，首先考虑假设位移延性比，而后确定各延性比对应的有效周期，将其图形与非线性设计响应谱做对比分析，确定两者产生的交点，由此生成轨迹线，最终的性能点则指的是轨迹线与结构能力谱的交点。

3.2构件性能分析

(1)遇罕见地震时，交叉口钢筋混凝土梁和混凝土部分支护有轻微的压力损伤和轻微的个别压力损伤；一小部分钢筋混凝土梁处于中度或重度伤害的性能水平，部分钢筋混凝土梁处于轻度伤害的性能水平，大部分钢筋混凝土梁处于轻度伤害的性能水平。各梁中钢筋发生塑性变形，钢筋混凝土梁具有一定的能耗性能，整体抗震性能良好。(2)钢筋混凝土柱的一部分在罕见地震中有轻微的压力损伤；大部分钢筋混凝土柱的性能等级均为无损、轻或轻，较高等级混凝土柱的性能等级均为中度受损，混凝土柱工作灵活；单个条形的性能稍有下降。框架柱和斜撑整体抗震性能良好。(3)遇罕见地震时，剪力墙混凝土大部分无压缩损伤，只在中央圆柱体内壁小部分中间和连接梁附近有较大的压缩损伤；大多数剪力墙性能完好无损，轻微损坏或轻微损坏，大多数墙梁性能严重损坏，整体抗剪力墙抗震性能良好。

3.3Pushover分析法

以等效单自由度体系为基础展开分析，遵循特征周期相等的等效原则，经过转化处理后获得单自由度体系。为顺利完成等效转换，需建立在如下假设的前提下：按假定的侧移形状发生地震反应；转换前后的两种体系在基底剪力方面保持一致；转换前后两种体系在相同水平地震力作用下所做的功保持一致。为更加精简地分析，暂不考虑弹性阶段结构各阶振型间的耦合作用，并确定等效刚度、等效质量、等效加速度等基本参数。

结束语

综上所述,抗震设计是建筑设计中的重要组成部分,近年来,地震灾害频发。而建筑行业发展到今天,在科学技术与设计原理的共同促进下,建筑结构的抗震性能明显提高。在建筑建设前,对施工地段进行科学、专业的抗震结构设计逐渐成为全面保证建筑安全性的有效措施。

参考文献

[1]任胜.高层建筑的抗震设计浅析及工程实例[J].建筑与预算,2020(07):56-59.

[2]张培.建筑工程结构设计中抗震问题的分析[J].江西建材,2020(07):75-76.

[3]付洁,王岚,陈宏,孙江波.超限高层建筑结构抗震分析与设计探讨[J].建筑结构,2020,50(12):84-88+99.

[4]聂竹林,杨强,陈培宇,包嗣海.某超限多塔高层结构连廊大震弹塑性分析及其减震控制[J].工程抗震与加固改造,2020,42(02):53-61.

[5]孙方.某框支剪力墙超限高层大震弹塑性分析[J].城市建设理论研究(电子版),2019(07):206-207.