摘要：随着经济的快速发展，超高层建筑越来越多，超高层建筑结构的安全性也越来越成为业界高度关注的问题。针对建筑结构设计的“三水准、两阶段”原则，尤其在大震作用下必须对建筑结构的抗震性能做出科学的评估。弹塑性分析能真实反映出建筑结构在大震作用下的地震反应，是超限结构抗震分析的重要方法，本文通过对某超高层综合楼进行弹塑性受力分析，证明该结构体系能实现在大震状态下不倒的抗震设防要求。
关键词：弹塑性；超高层；结构设计；应用；分析
引言 当前我国的高层建筑建设水平越来越高，结构也比较复杂，在建筑结构和高度上，部分超高层建筑已经超出了国家相关规定要求，必须要对高层建筑在抗震设防方面进行科学的分析，对建筑物自身抗震性能有一个清晰的界定，为建筑结构的安全性和可靠性提供保证。
1 弹塑性方法分析
随着经济的快速发展高层建筑建设规模越来越大，数量也越来越多，超高层建筑如何在地震作用下保证其稳定性和可靠性，需要通过弹塑性方法在地震状态下的分析和探究，以此证明该结构体系能否实现在大震状态下不倒的抗震设防要求。
1.1静力弹塑性分析方法。静力弹塑性分析 指的是静力推覆分析方法，其主要依据结构自身实际情况，通过对建筑结构施加一种侧向力，并不断加大侧向力，使结构经历弹性、裂开和屈服、结构控制位移等几个阶段，促使结构的目标位移得以实现，真实准确的了解建筑各种结构在地震状态影响下的情况。比如了解和掌握建筑结构出现变形和内力特性，掌握建筑将会出现的破坏机制以及建筑塑性出现的位置，更加准确的的对建筑结构承受地震作用的状态做出及时判断。
静力弹塑性分析目前还没有较为严密的理论支撑，主要基于以下三个基本假定：一是结构的响应与一个等效的单自由度体系相关，仅由其第一振型控制；二是在整个地震反应过程中，沿结构高度的形状向量永远维持不变；三是楼板在自身平面内刚度很大，平面外的刚度基本可以忽略。原因是因为高层建筑结构进深大，剪力墙、 框架等抗侧力结构的间距比进深要小得多，所以楼面整体性较好，在平面内刚度非常大。内力和位移计算中，楼板通常用作刚性平板，在平面内只有平动和转动，只发生刚体位移，不改变形状。 这个假定在理论上虽然不完全正确，但对响应以第一振型为主的结构，静力弹塑性分析法可以合理的评价结构反应性能。假定暗示了结构反应由单一振型控制且在整个反应过程中振型保持不变。
MIDAS-Building 程序中通过 ATC40 建议的弹塑性骨架曲线，对框架梁两端设置弯矩铰 M 铰，柱和剪力墙两端设置轴力弯矩铰 PMM 铰和剪力铰V铰。其中AB 、BC、CD、DE 分 别 表 示 弹 性段、强化段、卸载段和破坏段。B点代表铰的屈服，A和B之间铰内没有产生变形，就表示刚性。
1.2针对于弹塑性的动力时程分析方法。动力时程分析方法不仅分析超高层建筑工程抗震，并且对抗震分析进行研究，通常用作抗震设计规范的分析方法，其属于动力分析方法的一种，主要对建筑物的运动微分方程进行积分求解，进而及时掌握随着时间出现变化的各个质点所存在的位移以及加速度动力反应等情况，能及时准确的计算建筑结构变形和建筑结构内力出现的变化。因为时程分析法人工输入数据是一项非常繁重而艰巨的人物，工作量非常大，在计算机应用以前曾经很难得到长久的开展，计算机技术的快速发展和广泛应用，使动力时程分析方法又有了应用的新天地，为其提供了强大的保障。
2 弹塑性方法在超高层建筑结构设计中应用实例分析
2.1工程概况。综合楼为框架剪力墙，地上34 层、地下3层，总高度148.25m，其中，商场标准层层高为5.4m，办公标准层层高为4.0 m，酒店标准层层高为3.8m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆地下2、3层功能为地下停车库，地下1层功能为设备用房和商业用房，总建筑面积 93651.04 m2，工程结构设计使用年限50 年，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度7 度，设计基本地震加速度值为 0. 15 g，工程场地类别为Ⅱ类，地震动力反应谱特征0.40 s为一个周期，抗震设防分类为丙类。本次计算根据《建筑抗震设计规范 》中地震影响系数曲线的定义，可以求出该结构在罕遇地震条件 下的需求谱。抗震规范提供的加速度谱为弹性谱，需利用等效阻尼折减为适用于大震作用下的弹塑性需求谱。MIDAS-Building 根 据 ATC40和FEMA － 273中的能量等效方法计算等效阻尼比 ε e 。
2.2 超限情况 首先根据相关数据结果对该结构超限情况进行弹性分析：一是平面扭转不规则，根据 MIDAS-Building弹性计算结果可以看出平面扭转位移普遍大于1. 2 、小于 1. 4；二是结构平面存在凹凸不规则现象；三是电梯中部的电梯井和楼梯间存在楼板局部不连续现象；四是根据MIDAS-Building弹性计算结果可以判定结构侧向刚度是否规则。
2.3 计算模型。大底盘塔楼结构结构底部有一个整体的裙房，形成大底盘，上部的主体结构是一个高层塔楼，从结构布置上来分析，该结构属于竖向及平面布置都不规则的复杂结构体系。地下室通过增加框架柱来增强结构的整体性能。本文通过 MIDAS-Building 建立三维结构模型，对大底盘塔楼为结构原型进行分析，结构模型包括刚性节点、刚性楼板和梁、柱、剪力墙等主要部分组成。刚性楼板水平面内定为无限刚度板，在平面外定为零刚度，可进行自由变形。结构重量通常集中在各节点，结构的梁、 柱使用纤维束模型来模拟，使用弹塑性墙单元来模拟剪力墙。MIDAS-Building通过两种 POA 分析法，也就是基于荷载增量的荷载控制法和基于目标位移的位移控制法，本工程可以采用位移控制法。基于性能的抗震设计，通常先对可能发生最大位移的节点和位移方向进行确定，再确定该节点设定目标位移的设计方法，就此控制结构的最大位移，目标位移值取结构高度的1 /100，然后不断增加荷载，直到达到目标位移。
2.4计算模型以及假设条件分析。该工程抗震设防烈度7 度，设计基本地震加速度值为
0. 15 g，结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构。一般情况下建筑支撑剪力墙和梁柱等主要是超高层建筑最基础受力的主要构件，通过对空间杆单元进行利用，从而模拟受力情况。根据受力情况不同分为梁段进行铰接、两端固定、一端进行铰接另外一端固定等三种形式。需要指出的是，超高层建筑中剪力墙作为比较重要的抗侧力构件，可以采取壳元方式对其受力情况进行模拟。
2.5静力弹塑性方法分析。 经过静力弹塑性分析可以知道建筑结构在七度罕遇地震影响下空间位移不会存在倒塌问题。一些柱子在柱脚位置和顶部位置存在塑性绞，对其模型进行分析计算过程中，针对上部存在塑性绞的地方没有将型钢加入其中，对混凝土柱的配筋调试不够。
2.6分析弹塑性的动力时程。对超高层建筑结构进行结构弹塑性动力时程分析中，可选择一组人工波和两组比较强的地震记录，通过数据分析得出，间层弹塑性位移以及相关规范当中所规定出来的角限值很小，可以得出该工程结构相对较安全可靠。通过弹力塑形和弹塑性动力时程分析，发现该工程中存在的塑性绞分布区域基本一致。
3结 语
通过弹塑性方法在超高层建筑结构设计中应用实例分析可知，在性能基础上建立起来的结构抗震设计，是未来工程抗震设计发展过程中的重要趋势。弹塑性分析方式是超高层结构抗震设计目标实现的有力手段，在超限高层建筑工程中，应用弹塑性动力时程分析方法以及静力弹性塑性分析方法，不仅能准确分析和判断地震作用过程中的状况，要加强对弹塑性的进一步学习和研究，及时发现结构体系中相对比较薄弱的环节和部位，及时进行有效的完善和改进，促进高层建筑结构的更加科学和合理，促进高层建筑的稳定性能进一步提升。
参考文献：
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论文作者:王文涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
标签：塑性论文; 结构论文; 位移论文; 建筑结构论文; 静力论文; 方法论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2018年第1期论文;