某不规则高层建筑的抗震性能探究

王波 徐建松

【摘要】在我国城市化进程不断加快的过程中，建筑也逐渐向着高层的方向发展，且在结构上也具有了不规则特征。在该类建筑建设当中，做好抗震控制可以说是非常重要的一项内容。在本文中，将就某不规则高层建筑的抗震性能进行一定的研究。

【关键词】不规则高层建筑;抗震性能

近年来，多种具有不规则特征的高层建筑在我国得到了建设，单纯从结构角度而言，该种体型复杂且不规则的建筑结构在面对地震灾害时有较大的几率受到破坏，进而导致相关损失的发生。对此，即需要能够做好该类高层建筑的抗震性能研究工作，通过抗震设计工作的科学进行提升建筑的运行稳定性。

1、结构基于性能的抗震设计理论与方法

通常来说，对于建筑的结构抗震性能而言，可以通过弹塑性方式进行计算获得，包括有动力弹塑性时程分析以及静力弹塑性分析，通过弹塑性分析方式的应用，能够对建筑整体在地震抵御方面所具有的能力进行评估，在同地震反应谱充分结合的基础上，对某一地面运动当中结构所具有的能力谱曲线进行确定，结合实际情况做好地震需求谱曲线的建立，以此为基础对目标位移结构以及构件的性能要求进行分析与确定，以此实现建筑构件抗震性能水平的评估。从本质角度来说，能力谱法即是在结合应用结构能力谱曲线与地震反应谱曲线基础上，对地震情况下结构的动力特性与相应状况进行评估。

2、工程实例及基于性能的抗震设计的初步实施

2.1 工程实例

我国南部某工程，地上建筑9层，其中一层为多功能厅，二层为建筑入口。建筑总高度42.1m，有一层地下室，层高4m，作为人防与停车场使用。该建筑平面东西向以中心轴对称，为凹字形平面，竖向具有三次收进，具有不规则特点。

2.2 抗震设计方式

2.2.1 提升刚度与整体性

对于建筑来说，其是由横纵向承重构件同楼盖组合形成的结构体系。在建设与设计当中，需要能够具有良好的整体稳定性以及整体高度。在具体设计当中，通过对结构构件刚度的增强，则能够对地震作用下构件屈服情况起到有效的推迟作用，对构件延性要求进行降低，在具体设计当中，也需要能够做好结构质量分布以及抗侧力构件的布置工作，通过刚性楼盖的应用，则能够保证抗侧力构件在运行当中能够根据侧移刚度对地震力作用进行合理的分配。

2.2.2 提升结构延性

在设计当中，要想保证建筑在地震作用下具有较强的抗震能力表现，则可以通过结构构架的破坏实现地震能量的延性分散，因此对整体建筑结构受到的地震能量进行降低。具体方式，可以对构件间承载力的相对大小进行合理的调整，对有效的屈服机制进行实现，通过结构延性则能够对地震情况发生的非弹性变形进行有效的抵抗，同结构抗震性相比具有更强的强度表现。而为了能够在地震作用下使结构在延性方面具有较好的表现，则可以在设计当中将塑性变形在具有延性能力的构件上进行较多的集中。具体方式，可以对可接受塑性变形结构进行选择，即强柱弱梁。对于该方式来说，通过人为作用使地震发生时混凝土框架出现更早的塑性铰，而柱的塑性铰相对较晚，以此保证框架在塑形耗能能力方面具有较好的表现。同时为了避免地震作用时结构还没有发挥延性即受到破坏，则可以对构件的抗剪切能力进行增强，对柱端、梁端同节点位置的组合剪力值进行增强，避免构件发生剪切破坏问题。此外，也可以结合实际做好抗震构造措施的应用，如通过箍筋能增加使其在破坏中具有更好的延性表现。

3、弹塑性性能分析

为了能够对该建筑结构在地震作用进行弹塑性分析，使用了PUSH&EPDA程序。在该程序中，可以通过接力STAWE数据形成三维弹塑性模型，能够对结构以X、Y向分别进行动力时程分析。通过地震作用下弹塑性变形分析，则能够对结构构建在此当中屈服、开裂的顺序进行给出，明确塑形变形集中与结构应力位置，为设计活动的进行提供结构薄弱环节、屈服机制等依据。

3.1 构建模型

在该项分析当中，构件模型选择情况将会对分析结果的准确性产生较大的影响。在本次分析当中，按照以下方式选取构件模型：第一，梁柱单元方面，对纤维束空间杆模拟方式使用。由钢筋、混凝土实心元组成钢筋混凝土梁柱单元，其中钢筋使用钢筋板进行模拟，对于两者来说，具有相同的位移以及积分方式。梁柱刚度方面，根据高斯积分点应力应变积分形成，杆件塑性区根据轴向、横向发展，在此当中不会使杆件截面发生刚度突变问题，以此使计算具有更为准确的特征;第二，剪力墙方面。对壳单元模拟方式进行使用，其中，非线性单元包括有非线性膜单元与非线性板单元。平面刚度将对结构抗侧力作用进行确定，平面外刚度方面，对于结构抗侧力具有较小的影响。在膜部分中，即需要结合本构关系通过数值计分方式的应用做好弹塑性性质考虑，程序方面，则可以通过弹性单元折减方式对平面部分刚度影响进行处理。

3.2 塑性铰

塑性铰，即是适筋构建受力筋屈服后，此时在构件截面上可能出现的如同铰效果的转角。同普通的铰不同，塑性铰能够对一定大小、方向的弯矩进行承受。其中，梁柱结构使用的为塑性铰类型，梁需要对弯曲铰进行考虑，内力成分不相关。柱则需要对轴力弯矩耦合铰 PMM 铰进行考虑，具有内力相关特点。

在结构推覆分析当中可以了解到，在不断加载中，地下室剪力墙在局部位置出现了一定的裂缝，其原因，即是受到地震作用影响，剪力墙剪切刚度同框架柱相比较大，在地震能量吸收方面，具有首道防线作用，同结构耗能机制相符合。在不同性能点加载步时，梁端已经存在部分塑性铰，此时墙肢位置具有一定量的裂缝，此时柱还没有出现塑性铰，未处于塑形工作状态。底部加强区剪力墙方面，在Y向存在区部墙肢屈服，能够对性能要求进行良好的负荷。在大震作用下，竖向构件能够达到不屈服设防目标，结合构件出铰情况可以了解到，该建筑结构基本上也能够对“强剪弱弯、强柱弱梁”机制进行满足。

结论：

在上文中，我们对某不规则高层建筑的抗震性能进行了一定的研究。在具体建筑设计当中，需要能够充分把握建筑结构特点以及抗震工作要求，结合实际进一步做好抗震性能的优化设计工作，保证建筑在抗震性方面具有良好的表现。

参考文献：

[1]刘斌.某不规则超限高层基于性能的抗震设计与研究[D].南昌航空大学，2017.

[2]黃锦.不规则回字形混凝土框架结构的抗震性能分析[D].安徽建筑大学，2016.

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