高层建筑的静力弹塑性分析.pdf

2015 年第 6 期建筑建材装饰 前言 近年来袁随着我国社会经济的快速发展以及房地产业的蓬勃 发展袁建筑高度不断超越袁建筑造型越来越复杂遥这些造型各异的 超高层建筑工程和普通的建筑相比存在着一定的差异性遥 因此袁 在具体的计算方式和设计规范上都存在着明显的差别遥从建筑结 构的抗震思想上看袁传统的抗震思想明显不符合标准遥 要想从全 面的角度来考虑抗震设防的水平袁必然需要考虑到塑性变形的问 题袁不仅会提升施工的难度袁还会增加建筑成本遥我国在进行高层 建筑的过程中袁需要在考虑到国情的基础上袁保证建筑的安全性遥 因此袁相关的工作人员需要加强对弹塑性验算的重视遥 为了提升建筑结构的安全性和稳定性袁 我国已经制定了相 关的法律和法规来袁其中比较典型的就是叶建筑抗震设计规范曳袁 其中的相关条文中明确涉及到到建筑的弹性变形问题遥 在大型 的地震情况下袁 建筑工作人员需要充分地考虑到建筑的抗震性 能以及建筑结构的弹塑性遥 技术人员对建筑结构的弹塑性进行 计算袁主要是对位移情况进行明确袁尽量满足大震作用下的层间 位移角度袁同时加强对重要构件的重视袁以便实现野大震不倒冶的 设计思想遥 实际工程中人们往往要在简单分析和有效结果间寻 求一种平衡遥 因此近年来袁 在基于性能抗震设计的要求下袁 Push要over 分析法受到了广泛关注遥 本文在其后的论述中将以 静力弹塑性分析法为重点遥 1 静力弹塑性分析法简介 所谓的静力弹塑性最早产生于上个世纪 70 年代中期袁在建 筑工程中到了高效地应用遥 但是发展程度并不是非常明显遥 直到 上个世纪 90 年代袁 美国地震工程会议上的一篇极具影响力的文 章发表袁这种静力弹塑性分析法才受到人们的高度关注遥 在这篇 文章中袁作者对这一分析法的可行性以及地震作用下的结构动力 等因素进行深入研究遥 多年之后袁不同的学者对静力弹塑性分析 法 Push-over 从不同的角度来进行阐述遥 并且对这种方法的优点 以及适用范围等进行明确遥 不仅如此袁对静力弹塑性分析法的局 限性进行研究也是这一研究领域中的重点工作内容遥随着建筑结 构性能的不断发展袁这种分析法受到了人们的广泛关注遥 无论是 在检测设计和检测方式方面都应该达到提升建筑结构稳定性的 指标遥 具体来说袁主要的用途可以从以下几个方面来进行分析院 渊1冤结构行为分析遥 Push-over 分析法的应用可以对结构的 具体受力情况进行精准地预测遥 从这一方面上看袁研究人员可以 获得整个建筑结构的弹性尧开裂以及屈服的整个过程遥 通常情况 下主要是按照先后次序来进行遥 对于相对比较薄弱的环节来说袁 技术人员好给予特殊的关注遥 渊2冤判断结构抗震承载能力遥 通常情况下袁影响到抗震设计 的承载能力主要包含着两个方面的内容袁第一是抗震能力袁第二 是抗震需求遥 这种分析法可以在获得结构某一点位移曲线的同 时袁从整体上反应结构抗侧力程度遥 在具体的抗震设计当中袁具 体的结构需要满足相应的承载需求遥 通常情况下袁结构的承载能 力不达标就需要重新设计袁并且诶做好加固处理遥 渊3冤建立结构局部变形与整体位移之间的关系遥 结构各构件 的变形导致结构顶点的变形遥 根据 Push要over 法分析袁可求得结 构达到目标位移时杆件塑性转角的大小袁 从而可确定对杆端塑 性铰区域的约束要求袁以确保结构各杆件具有足够的变形能力遥 2 静力弹塑性分析方法的实施过程 Push要over 分析法就是在结构模型上按某种加载模式(倒三 角形尧均匀分布尧等)施加水平静力袁模拟地震产生的水平力袁逐步 增加荷载大小袁使结构从弹性阶段开始袁经历开裂尧屈服尧直到结 构的顶点位移达到某个给定值袁 并根据达到则以位移的建筑状 态来对整体的抗震性能进行分析袁 具体来说主要表现在以下几 个方面院 渊1冤准备阶段遥 在这一阶段中袁工作人员需要建立相关的模 型袁其中包括整体结构的尺寸尧物力常数等等遥 同时还需要将结 构的承载力等因素进行精准地计算袁 为接下来的施工工程做好 准备遥 渊2冤要对结构的荷载力进行计算袁然后将内力和水平荷载力 相加袁对构件的屈服性进行判定袁然后对建筑结构的周期和振型 进行明确遥 渊3冤在结构的中心位置袁工作人员需要施加相应的荷载作用遥 在这一环节当中袁 工作人员需要根据已经测定的数值和相关的 施工原则来对水平力产生的程度进行计算袁促进构件的屈服遥 渊4冤要对需要屈服的构件进行控制袁改变结构的受力状况遥 从 这一点上看袁比较典型的就是依靠塑性铰来保证构件入塑的性能遥 从某种程度上看主要是创建了一个新的结构袁 然后施加一个水平 的荷载遥 这一步骤需要一直重复袁直到结构达到标准的位移量遥 渊5冤工作人员要严格地把握塑性铰出现之后的的周期性袁对 于自振周期以及施加的荷载作用进行记录遥 渊6冤对整体结构进行评定的过程中主要是以结构的性能为主 要的依据袁具体来说袁主要的方式如下所示院技术人员要根据结 构的自振程度以及相应的力值绘制成科学的曲线结构遥 然后将 其绘制成图袁 如图 1 所示遥 结构反应曲线需要和符合反应谱曲 线袁才能达到一定的抗震程度遥 图 1 周期要地震影响系数曲线 下面我们以一个具体工程为例袁 对其进行弹塑性计算分 析袁总结 Push要over 设计方法遥 3 计算实例与分析 高层建筑的静力弹塑性分析 关建强 渊中国新型建材设计研究院袁 浙江杭州 310003冤 摘要院 随着我国社会经济的快速发展袁建筑高度不断超越袁建筑造型越来越复杂遥 要把握这些造型各异的超高层建筑工程 在罕遇地震状态下的动力特性袁工程实践中往往采用进行静力弹塑性分析法检验遥本文在总结静力弹塑性分析方法的原理的基 础上袁通过一个工程实例论述了 Push要over 分析方法的计算方法遥 关键词院 地震曰 弹塑性设计曰 Push-over 分析法 中图分类号院 TU973.2 文献标识码院 A 文章编号院 1674要3024渊2015冤06要08要02 材料应用 8 2015 年第 6 期建筑建材装饰 某高层建筑主楼地上 34 层袁地下 2 层袁高度 137.5 米遥 地基 本地震烈度为 7 度袁地震加速度值为 0.10g袁设计地震分组第一 组袁场地类别为 II 类袁特征周期为 0.35 秒渊罕遇地震时为 0.40s冤遥 工程抗震设防烈度为 7 度袁抗震设防类别为标准设防类渊丙类冤遥 结构弹性分析阻尼比为 0.05渊小震冤袁0.06渊中震冤袁0.07渊大震冤遥 建 筑立面见图 2院 图 2 建筑立面图 结构计算分别采用中国建筑科学研究院研发的 EPDA/ PUSH 进行袁分别对 x袁y 两个方向进行推覆分析袁以便考察结构 在罕遇地震作用下袁弹塑性阶段的层间位移角尧结构薄弱层的位 置尧塑性铰的分布的等指标遥 因本文篇幅所限袁仅列出 X 方向推 覆结果如下院 图 3 X 方向推覆结果 图 4 结构 X 方向位移角曲线 从罕遇地震作用下对应的性能点位置及结构位移角曲线可 以看出袁结构最大的层间弹塑性位移比最大为 1/338袁小于本工 程的控制层间弹塑性位移角限值 1/100遥 图 5 中震下结构塑性铰分布图 6 大震下结构塑性铰分布 4 结语 通过上述分析可见本工程破坏形态满足国家规范要求的抗 震性能设计目标遥 超高层建筑结构的受力特点是地震作用为控 制因素袁要正确达到基于性能的抗震设防目标袁通过弹性阶段分 析无法确切地反映出大震下结构的薄弱层和塑性铰分布遥 因而 用弹塑性静力分析法对结构作进一步计算是必要的遥 参考文献院 1Freeman S A, Nicoletti J P, Tyrrell J, Evaluation of existing buildings for seismic risk-A, Case study of Puget Sound Naval Ship鄄 yard .In: Washington. Proc. Of the 1st U.S. National Conference on Earthquake Engineering .Bremerton, 1975渊I冤 13要122 2Lawson R S, Vance V, Krawinkler H. Nonlinear Static Pushover Analysis-Why, when and how. In: Proc 5th U.S. Confer鄄 ence. Earthquake Engineering, 1994,283-292 3HehnutKrawinkler, GD.P. Senervirama. Pros and cons of a pushover analysis of seismic Performance evaluationJ. Engineering Structures, 1998,20(4):452-464 渊上接第 7 页冤 4.2 提高施工质量 施工单位在开展防水工程前袁应首先审核好图纸袁掌握好施 工图中的每个施工步骤袁严格按照施工图纸开展工作遥另外袁需要 我们意识到的一点是防水工程必须由专业的防水队伍以及防水 工来开展袁以确保防水工程的质量遥在防水工程进行过程中袁施工 队伍应按照施工工序进行袁接着进行施工检验袁这些程序合格后袁 方可开始作业遥 4.3 创新防水设计 每个房屋的防水设计是各不相同的袁施工人员在施工过程中 为了切合实际需求袁需要创新防水设计袁针对不同的房屋结构袁设 置不同的防水方案袁对一些细节以及要点内容应重点强化袁积极 引进国外先进的设计理念袁创新本国防水设计方案遥 5 结束语 综上所述袁外墙防水材料的选用袁必须遵循饰面材料的特点袁 还需要考虑防水材料与基层砂浆或混凝土的粘结性