Push over分析法在高層建筑結構分析中的應用論文

　　摘要：靜力彈塑性分析方法（Push-over法）作為結構抗震評估分析的一種方法，近年來受到結構工程師的普遍關注。文章以實際高層建筑結構工程為背景，從臨界高度的判定，設計時主要考慮的因素，以及運用彈塑性分析方法Push-over法分析結構的抗震情況等方面展開論述，提供一個設計思路和方法，可供設計時參考使用。

　　關鍵詞：高層建筑結構；靜力彈塑性Push-over分析；結構抗震設計

　　1.工程概況

　　唐山鋼城水岸項目是一大型高檔住宅區(qū)，本工程位于唐山市路北區(qū)河東路東側，為唐鋼舊址遷用地，用地由A01和A04兩部分組成，為商業(yè)住宅。8號樓建筑面積15835.7m2，本工程地上為32層，建筑總高度92.8米，外輪框尺寸為43.6m×12.5m，標準層層高2.9米，頂層層高3.01米，室內外高差0.6米；地下兩層，埋深約8.6米；結構采用剪力墻結構體系。本工程建筑物安全等級二級，結構重要系數(shù)1.0；主體結構使用年限50年，設計基準期為50年。建筑抗震設防類別為丙類，地上各層均為一級抗震；地基基礎設計等級為甲級。建筑防火分類等級為二類，建筑耐火等級為二級。地震基本烈度為8度，抗震設防烈度為8度，設計地震分組為第一組（設計地震加速度值為0.20g），場地特征周期為0.35s，場地類型為Ⅱ類，為建筑抗震不利地段，地下水位位于基礎以下10米。地震影響系數(shù)最大值采用0.08（多遇地震）。其結構資料如下：

　　2.結構高度的判定

　　由《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》3.3條規(guī)定可知：A級全部落地剪力墻結構在8度（0.20g）下最大適用高度為100m，本工程高度為92.8m，屬于A級高度范圍。

　　3.高層結構設計方案需要考慮的因素

　　3.1抗震設防烈度

　　對于超過100m以上的建筑物，在不同強度的抗震設防烈度下，對應于建筑物的高度要求也是不盡相同的。一般情況下，高層建筑適合建造在抗震設防烈度在6度及以下的地區(qū)，抗震設防烈度在8度的區(qū)域不適宜建設超高層建筑物。

　　3.2重力載荷

　　對于高層建筑，在設計時要考慮到重力載荷的傳力情況，實現(xiàn)合理的傳力途徑，因此在設計時對于重力載荷的途徑要盡可能地直接明了。

　　3.3風載荷

　　在高層建筑的結構當中，隨著建筑物高度的不斷增加，風荷載對建筑物的影響要遠遠大于地震對建筑物的影響，特別是對于一些比較柔的高層建筑，風荷載是它結構設計中的控制因素。對于重要結構，規(guī)范要求需進行風洞試驗，以保證高層建筑在風荷載下的安全性。

　　4.對結構進行罕遇地震下結構的彈塑性分析

　　4.1罕遇地震下構建的特點

　　在多遇地震下，結構處于彈性狀態(tài)，可對結構進行彈性階段的承載力計算和變形驗算。但在罕遇地震作用下，結構構件將進入彈塑性狀態(tài)，隨著地震作用的逐漸增加，結構將逐漸在構件的薄弱部位出現(xiàn)塑性鉸。隨著塑性鉸的增多，結構的多余自由度隨之減少，結構會逐漸變?yōu)闄C構，在地震作用下發(fā)生傾覆。在罕遇地震的作用下，結構并不像在彈性階段有精確的承載力計算和變形驗算，而只能通過提高結構的構造措施予以加強，并增加結構的延性性能。

　　4.2罕遇地震下的分析方法Push-over法

　　Push-over分析法的基本假定如下：

　�。�1）結構的地震反應與其等效的單自由度系統(tǒng)相關，這就意味著可忽略結構的高階陣型，只考慮結構的第一陣型控制；

　�。�2）結構沿高度的變形由形狀向量表示，在整個地震作用的過程中，不考慮結構屈服后陣型的改變以及結構的內力重分布，形狀向量始終保持為恒量；

　　（3）假設樓板在自身平面內的剛度為無窮大，所以樓板在平面內只有剛性位移一平動和轉動，沒有其它變化，而且樓板形狀也不會改變。

　　通過Push-over分析進行結構抗震性能評估的基本思路如下：

　�。�1）建立Push-over曲線；

　�。�2）選擇用于評估的地震水準；

　�。�3）選擇用于評估的性能水準；

　�。�4）為各個性能水準確定容許準則；

　　（5）采用特定的方法進行結構抗震能力評估。

　　本實例采用PM軟件中EPDA程序模塊對結構模型做罕遇地震下的彈塑性靜力分析，對上述結構進行整體性能彈塑性分析，對結構局部存在的一些薄弱環(huán)節(jié)進行加強，從而更好地為設計提供指導，保證結構的安全性。結構在倒三角形下Push-over曲線圖如下：

　　由上圖可看出，該結構在罕遇地震下的分析結果為：能力普曲線上穿需求譜曲線，由此可以確定性能點，表示結構的抗震性能達到了罕遇地震下的彈塑性變形要求，滿足結構的抗倒塌驗算。

　　5.結語

　　根據結構計算分析結果，可以得出以下結論：

　　本結構方案滿足小震、中震下允許部分次要水平構件出現(xiàn)塑性鉸，大震下允許部分連梁和框架梁出現(xiàn)較多塑性鉸但不倒塌，更不會危及使用者的生命安全，達到了對罕遇地震下結構的彈塑性的設防目標；罕遇地震下的彈塑性時程分析結果表明結構的塑性層間位移角能夠滿足規(guī)范變形要求，結構塑性變形發(fā)展情況符合了結構性能化設計目標。

　　有效地提高抗震效果剪力墻截面設計的重點在于：一方面要通過與連續(xù)梁組成延續(xù)性較強的結構體系，保證樓板的剛度；另一方面提高結構側面的強度，最大限度控制建筑物的水平位移范圍。

　　塑性鉸主要發(fā)生在連梁、部分框架梁局部位置，且主要分布于建筑物的中下部，這在一定程上與中震分析的結果是相吻合的，即中震分析時結構界面利用率最大的部位在Push-over分析中將首先屈服，且隨著推覆的進展部分塑性鉸的發(fā)展也與中震結果中構件界面利用率具有一定的相關性；結合罕遇地震下的彈塑性計算結果，對結構薄弱部位采取適當構造加強措施，對本高層結構采用了比現(xiàn)行國家抗震規(guī)范更加嚴格有效的抗震計算和構造技術措施，確保豎向構件承載力和結構的延性，保證結構大震不倒有著重要作用。

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