静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计应用的研究.doc

1、静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计应用的研究【摘要】：近些年来，我国经济得到了较为快速的发展，对于超限高层建筑的发展起到了较大的促进作用。怎样才能做到对高层建筑的抗震性进行保证，这将是我们在超限高层建筑实施过程中需要注意的问题。本文使用静态与动态弹塑性的方法来对高层办公楼的抗震设计进行分析与研究。并将这种研究方法在对超限高层建筑结构抗震设计的分析过程中进行总结。 【关键词】：静力弹塑性分析；动力弹塑性分析；超限高层建筑结构 ；抗震设计 中图分类号：TU97 文献标识码：A 【前言】 近些年来，社会经济实力的上升，促使我国高层建筑的规模得到了较大幅度的提升，使得房屋的数量不断的增加，

2、不少较为复杂的结构及形体得以出现。对于这些高层建筑结构来说，其中有一部分都超出了抗震设计的规范范围及相关的抗震设计的规定之外。怎样能够对这些建筑在地震中产生的可靠性进行分析与评估，受到研究者们的关注。静力弹塑性分析方法能够有效的来对结构弹塑性下的强度、变形需求及探测结构的设计进行分析。特别是在对一些不规则结构进行分析时，其可以弥除弹性分析过程中不能做到的一些环节，动力弹塑性分析方法能够有效的来对结构的屈服机制及相关的薄弱环节进行判断，这是结构弹塑性分析过程中一种最为有效的方法。 一、工程概况的反应 1、对外框筒具有情况的分析 外框筒在工程实施的过程中是依据建筑的外形来进行设置进行。在本座大楼中

3、，其存在的四个面均是呈现出外凸弧形，四个角的局部具有凹进部分。其存在的外框筒的基本柱的距离为 5.5m 左右，这是为了底部出入口大门净空的设置。并且因为大柱距处于外框筒的中部，进行对外框筒造成的影响比较小，为了对结构的延性做到提高，就需要对构建的截面进行减小，在大楼的 14 层之下的距离使用型钢混凝土柱来进行实施。2、对内筒具有情况的分析 在研究的大楼中，其主塔楼的内筒是经过四个相关的小筒来进行联系在一起的。并且每一个小筒都是使用多道的剪力墙来组成的，因为明确的受力，使其具有较好的抗震效果。在内筒墙体的厚度从上到下来进行减小的时候，其混凝土的也从 C60 变化为 C40，这样就可以实现对结构具

4、有的自身重量做到有效的减小。 3、计算模型及假定条件的分析 在工程实施过程中，需要将其方烈度调置为七度作用，将其加速度也进行降低，因为在工程实施过程中使用的为钢筋混凝土筒的中筒结构，内筒为混凝土剪力墙核心筒的结构设置，并将外筒设置为外筒，把其距离设置为四米上下，并将楼层的 20 层以下都使用钢筋混凝土结构来进行设置，另外还需要在相关规定中表示出来。把钢筋混凝土的最大高度设置为 230 米作用。但就次楼来说，超出了几十米，因此就属于一种超限高层建筑。对于高层建筑来说，其结构中具有梁及柱等结构。梁、支撑及柱都属于一维构建，并且可以使用空间杆单元来做到对承受状态的模拟，并且可以根据受力条件的不同，需

5、要把两端进行连接起来，分为一端固定连接，一端铰接及两端铰接的几种情况。并且当柱截面过大的时候，需要对剪切变形的影响进行考虑。剪力墙为高层建筑的主要抗侧力构件，在有限元理论的基础上，用壳元来模拟剪力墙的受力状态是比较切合实际的。楼板可采用平面板元和壳元来模拟其受力状态。 4、对静力弹性分析的采用 我们在分析的过程主要是对 SATWE 及 ETABS 这两个程序的使用，从而能够做到对众值烈度下地震作用进行反应谱分析。根据相关程序反应的结果显示，一个工程周期所使用的时间大约是在四点五秒上下。另外分析软件分析的结果，这种最大层间所具有的位移角为 1/1583，而是这是在对四十五层楼进行模拟所得到的结果

6、。另外通过另一种软件分析显示，其出现的位移角为 1/1551。并且这是在对第三十八层楼进行模拟所得到结果。这两种软件所得到的结果均能够满足相关的规定与标准。都把中筒结构层的最大位移角控制在 1/1500 之中。因此所得到的结果就表示了这种方法能够起到对七级地震进行抵抗的效果。 5、对弹性时程的相关分析 在分析的过程中，根据场地的特征来选择两条天然波，并且将其所对应的峰值调到与设防烈度相适应的位置之上。通过对多条时程曲线所得到的结果显示，其得到的平均值都大于振型分解反应谱法的 80%，并将其作为控制条件。经过相关的计算可以得出，使用人工波过程中，当采用最大的速度来对其进行时程进行分析的时候，就会

7、得到结构底部所具有的剪力刚刚超出反应谱的 60%上。是哟两条天然波的过程中，采用最大加速度来进行的时候，其得到的结构底部剪力不能满足相关规定所给出的要求。 二、使用静力与动力弹塑性分析来对超限高层结构的抗震性研究过程 1、使用静力弹塑性分析的应用过程 当使用 ETABS 这种非线性有限元计算分析软件来进行分析的时候，就可以建立起三维有限元模型，从而做到对建筑结构的弹塑性分析。根据分析的结果表明了，结构在 7 度的时候，当遇到较大地震的时候，其层间所发生的位移为 1/156，这样得到的结果是小于相关规定中所设置的1/120 限值标准。因此在发生这样 7 度地震的时候，建筑也不会受到影响。并且在对

8、其塑性铰的分布问题进行分析之后，就会知道建筑物的部分柱子的脚部及顶部会有塑性铰的形成，其主要发生的原因是因为角柱的形状为异形柱，对其进行计算的过程中并没有加入型钢，并且对于混凝土的钢筋并没有进行改变，因此导致塑性铰在其上部的大量存在。 2、使用动力弹塑性分析的应用过程 在这种分析方面的实行过程中，需要两组真实的强震来进行选择，并且做好记录工作，与此同时，还人工进行模拟一组，以便于能够使用加速度时程曲线来对人工波进行分析，从而做到对地震波分析结果的了解。另外采用楼层位移的计算方法所得到的最大间位移结果是非常安全的。而且经过对相关分析结果对比显示，当层间弹塑性的位移较小，并且低于规定标准的时候，此

9、时的结构就是属于比较安全的。另外根据对动力及静力的弹塑性结果分析得出，这种塑性铰的分布形式还是较为符合的，因此在对其进行时程分析的过程中，能够得到较为广泛的应用。 三、静力与动力弹塑性分析所展现出来的效果 1、分析过程较为合理 因为建筑结构的周期为 4.5 秒左右，并且根据振型分解反应所得出的最大层间位移角为 1/1583 及 1/1551，其得到的结果都是在相关的规定之中。并且因为外框筒所占据的比例为 50%左右，因此表明了外筒对地震的承担效果较为良好，并且受力程度也较为合理。 2、分析方法是具有较强的安全性的 在使用弹性时程进行分析的时候，按照相关的地震的情况来获得最大弹性间层位移角进行时

10、，得到结果为 1/1890。并且得到结构地震剪力也小于振型分解反应谱法。因 此，在弹性状态，按照振型分解反应谱法计算所得的内力进行设计是安全的。 3、这种分析方法还需要得到进一步的提高 使用弹塑性时程分析方法及 Push-Over 分析方法对超限高层结构地震作用的评价具有较大的影响。使用 Push-Over 方法还可以找出结构体系中存在的不足部分，从而找出结构的破坏顺序，并且具有较为明显的效果。 在实际的运用过程中，怎样来做到对加载模式、高阶振型及目标移位所造成影响的确定，以及在需求谱及能力谱计算方法选择上，还有很多工作要完成。时程分析这种方法虽然运用的较为成熟，但是在对构件及对地震波的选择过

11、程中，还需要做到进一步的研究。 总结： 虽然在对超限高层建筑结构抗震设计的研究过程中，静力与动力弹塑性研究方法还存在着较多的不足之处，其中在计算的过程中会消耗大量的时间来用于计算。但是从整体所祈起到的效果来看，在这种分析方法中，选用较多的地震波和采用不同的恢复力模型对超高层建筑结构进行分析是目前较好的选择。 参考文献： 1 门进杰,史庆轩,周 琦.钢筋混凝土框架结构模型振动台试验及抗震性能对比J.建筑结构,2008,5(38):4548. 2 程绍革,王 理,张允顺.弹塑性时程分析方法及其应用J.建筑结构学报,2000,2(21)1:5256. 3 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）S.北京:中国建筑工业出版社,2001. 4 王亚勇.关于设计反应谱、时程法和能量方法的探讨J.建筑结构学报,2000,2(21)1:2128.