某不規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展，且在結構上也具有了不規則特征。在該類建筑建設當中，做好抗震控制可以說是非常重要的一項內容。在本文中，將就某不規則高層建筑的抗震性能進行一定的研究。

【關鍵詞】不規則高層建筑;抗震性能

近年來，多種具有不規則特征的高層建筑在我國得到了建設，單純從結構角度而言，該種體型復雜且不規則的建筑結構在面對地震災害時有較大的幾率受到破壞，進而導致相關損失的發生。對此，即需要能夠做好該類高層建筑的抗震性能研究工作，通過抗震設計工作的科學進行提升建筑的運行穩定性。

1、結構基于性能的抗震設計理論與方法

通常來說，對于建筑的結構抗震性能而言，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用，能夠對建筑整體在地震抵御方面所具有的能力進行評估，在同地震反應譜充分結合的基礎上，對某一地面運動當中結構所具有的能力譜曲線進行確定，結合實際情況做好地震需求譜曲線的建立，以此為基礎對目標位移結構以及構件的性能要求進行分析與確定，以此實現建筑構件抗震性能水平的評估。從本質角度來說，能力譜法即是在結合應用結構能力譜曲線與地震反應譜曲線基礎上，對地震情況下結構的動力特性與相應狀況進行評估。

2、工程實例及基于性能的抗震設計的初步實施

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，具有不規則特點。

2.2 抗震設計方式

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件同樓蓋組合形成的結構體系。在建設與設計當中，需要能夠具有良好的整體穩定性以及整體高度。在具體設計當中，通過對結構構件剛度的增強，則能夠對地震作用下構件屈服情況起到有效的推遲作用，對構件延性要求進行降低，在具體設計當中，也需要能夠做好結構質量分布以及抗側力構件的布置工作，通過剛性樓蓋的應用，則能夠保證抗側力構件在運行當中能夠根據側移剛度對地震力作用進行合理的分配。

2.2.2 提升結構延性

在設計當中，要想保證建筑在地震作用下具有較強的抗震能力表現，則可以通過結構構架的破壞實現地震能量的延性分散，因此對整體建筑結構受到的地震能量進行降低。具體方式，可以對構件間承載力的相對大小進行合理的調整，對有效的屈服機制進行實現，通過結構延性則能夠對地震情況發生的非彈性變形進行有效的抵抗，同結構抗震性相比具有更強的強度表現。而為了能夠在地震作用下使結構在延性方面具有較好的表現，則可以在設計當中將塑性變形在具有延性能力的構件上進行較多的集中。具體方式，可以對可接受塑性變形結構進行選擇，即強柱弱梁。對于該方式來說，通過人為作用使地震發生時混凝土框架出現更早的塑性鉸，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。同時為了避免地震作用時結構還沒有發揮延性即受到破壞，則可以對構件的抗剪切能力進行增強，對柱端、梁端同節點位置的組合剪力值進行增強，避免構件發生剪切破壞問題。此外，也可以結合實際做好抗震構造措施的應用，如通過箍筋能增加使其在破壞中具有更好的延性表現。

3、彈塑性性能分析

為了能夠對該建筑結構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數據形成三維彈塑性模型，能夠對結構以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，則能夠對結構構建在此當中屈服、開裂的順序進行給出，明確塑形變形集中與結構應力位置，為設計活動的進行提供結構薄弱環節、屈服機制等依據。

3.1 構建模型

在該項分析當中，構件模型選擇情況將會對分析結果的準確性產生較大的影響。在本次分析當中，按照以下方式選取構件模型：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，根據高斯積分點應力應變積分形成，桿件塑性區根據軸向、橫向發展，在此當中不會使桿件截面發生剛度突變問題，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。平面剛度將對結構抗側力作用進行確定，平面外剛度方面，對于結構抗側力具有較小的影響。在膜部分中，即需要結合本構關系通過數值計分方式的應用做好彈塑性性質考慮，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，即是適筋構建受力筋屈服后，此時在構件截面上可能出現的如同鉸效果的轉角。同普通的鉸不同，塑性鉸能夠對一定大小、方向的彎矩進行承受。其中，梁柱結構使用的為塑性鉸類型，梁需要對彎曲鉸進行考慮，內力成分不相關。柱則需要對軸力彎矩耦合鉸 PMM 鉸進行考慮，具有內力相關特點。

在結構推覆分析當中可以了解到，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，同結構耗能機制相符合。在不同性能點加載步時，梁端已經存在部分塑性鉸，此時墻肢位置具有一定量的裂縫，此時柱還沒有出現塑性鉸，未處于塑形工作狀態。底部加強區剪力墻方面，在Y向存在區部墻肢屈服，能夠對性能要求進行良好的負荷。在大震作用下，豎向構件能夠達到不屈服設防目標，結合構件出鉸情況可以了解到，該建筑結構基本上也能夠對“強剪弱彎、強柱弱梁”機制進行滿足。

結論：

在上文中，我們對某不規則高層建筑的抗震性能進行了一定的研究。在具體建筑設計當中，需要能夠充分把握建筑結構特點以及抗震工作要求，結合實際進一步做好抗震性能的優化設計工作，保證建筑在抗震性方面具有良好的表現。

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