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        彈塑性分析在超高層建筑結構設計中的應用

        2021-07-06 06:38:16吳雨楊
        四川建筑 2021年3期
        關鍵詞:結構設計結構建筑

        吳雨楊

        (四川省建筑設計研究院有限公司設計三院, 四川成都 610000)

        城鎮(zhèn)化水平不斷提高,城市可建設空間在不斷縮減,多數(shù)城市建筑開始向更高發(fā)展,這一演變雖然賦予了城市更多的生存地域,超高層建筑有效解決了該問題。然而,如何增強高層建筑的結構穩(wěn)定性,也是建筑行業(yè)的首要問題,不僅要保證施工技術、設備等資源的應用質量,還要促進施工與設計環(huán)節(jié)的契合性,在建筑結構設計中解決質量隱患。因此,本文彈塑性分析技術作為研究對象,探析其在超高層建筑設計中的應用價值。

        1 提升超高層建筑結構設計穩(wěn)定性的重要性

        建筑行業(yè)為適應行業(yè)市場需求,逐漸將超高層工程作為主要項目范疇,以此來緩解中低層建筑的密集擁堵問題,對于超高層建筑工程來說,會對建筑結構穩(wěn)定提出較高要求,如果超高層建筑無法保證結構穩(wěn)定性,會直接影響到建筑后期使用質量,采用彈塑性分析技術,對施工技術與材料進行優(yōu)化,并且應用精確的超高層結構穩(wěn)定性檢測技術,可以提升建筑結構設計方案的可行性,提前布置相應的防治措施,降低地震災害對超高層建筑構成的威脅。

        2 彈塑性分析技術概述

        彈塑性分析技術,指的是從建筑結構變化角度展開分析,通過對建筑結構施加外在應力,以此來判定建筑結構的穩(wěn)定性,主要技術內容如下。

        (1)靜力彈塑性分析技術方式,在針對建筑結構展開分析時,為了使分析過程更加準確,會針對建筑加入一定程度的側向力,并且在側向力逐漸提升的過程中,對建筑結構變化程度進行記錄,最后達到整個架構的屈服力極限值,針對建筑結構產(chǎn)生的位移情況進行測定,以此來判定建筑結構的穩(wěn)定性與抗震系數(shù)。

        (2)施工材料塑性分析技術,在圍繞建筑結構穩(wěn)定性進行分析時,同樣是針對建筑加入一定程度的側向力,并且在側向力逐漸提升的過程中,對建筑材料變化程度進行記錄,相當于對建筑材料進行抗震測試,根據(jù)不同地震等級中材料的變化情況,可以對材料的安全等級進行劃分,并且將其歸類為構件立即恢復,出現(xiàn)構件損壞,威脅生命安全以及結構徹底破壞這四個方面。

        (3)水平力分布模式分析技術,指的是在對建筑結構進行側向負荷測試時,根據(jù)建筑結構的變化,對不同結構層的慣性變化趨勢進行總結,以此來判定不同應力環(huán)境下,建筑結構與材料的變化程度,具體分為固定模式與實時模式,其中前者會根據(jù)建筑結構的變化情況進行分析,當建筑結構變化情況處于合理范圍時,則說明建筑結構設計方案具有可行性,而且材料與結構之間的穩(wěn)定性滿足工程設計要求。反之當建筑結構的變化情況超出一定范圍時,則說明建筑結構設計方案存在質量隱患,需要結合彈塑性分析結果進行調整。而后者主要針對結構變化情況進行實時監(jiān)控,并且準確記錄不同外力環(huán)境下,不同時間段中結構的變化程度。

        3 彈塑性分析在超高層建筑結構設計中的實際應用

        3.1 針對建筑結構穩(wěn)定性進行假設模型分析

        應用彈塑性分析技術,能夠對建筑結構穩(wěn)定性進行模型分析,并且對超高層建筑結構提出假設性問題。例如某7層裙樓由兩棟主體建筑組成,高度分別是260 m和100 m,建筑主體結構包括有地上66層、地下3層,樓層高度是3.9 m。在進行建筑結構設計工作時,應用彈塑性分析技術對兩個主體建筑結構的穩(wěn)定性進行驗證,參考鋼筋混凝土施工質量,保證其能夠滿足相應的抗震等級。同時在建筑結構設計的優(yōu)化環(huán)節(jié),不僅要從施工質量與效率方面進行考慮,而且還要兼顧超高層工程的成本投入,對高度范圍內的鋼筋混凝土質量進行判定。在實際施工情況中,超高層建筑通常以剪力墻構成主要受力構件,在整體建筑結構中,梁柱作為主要構件,應用彈塑性分析技術對其變化情況進行模擬分析,這樣可以對建筑施工提供準確的數(shù)據(jù)支撐,保證實際施工情況與預期模型分析結果相同。

        3.2 應用模型對靜力彈塑性展開分析

        其次是應用彈塑性分析技術構建三維有限元模型,并且將其代入到超高層建筑結構設計方案中,案例工程的靜力彈塑性結果如表1所示,根據(jù)表1可知,當超高層建筑受到七級以上地震的影響時,建筑層間位移是1/164,和規(guī)范中的彈塑性層間位移規(guī)定的1/120相比,處于安全位移范圍內,根據(jù)結果判定整體穩(wěn)定性。當超高層建筑處于地震環(huán)境時,采用彈塑性分析技術,對建筑結構的變化周期、加速度、層間位移角等數(shù)據(jù)情況進行分析,可知當設防烈度為6度,變化周期為5.918,加速度為0.044,層間位移角為1/329,同時當設防烈度為7時,變化周期為6.513,加速度為0.071,層間位移角為1/164,滿足超高層建筑結構設計質量要求。同時,彈塑性分析技術還可以對鋼筋配比情況的合理性進行判定,并且針對鋼筋配比方案提出優(yōu)化策略。

        表1 靜力彈塑性結果

        3.3 針對建筑結構彈塑性的動力時程進行分析

        采用彈塑性分析技術,能夠對建筑結構受外力影響下的變化程度進行模擬,通過對建筑結構模型施加外在應力,從而根據(jù)動力時程情況進行分析,可以準確掌握當建筑處于任何環(huán)境外力中時,其內部結構穩(wěn)定性在不同時間段的變化程度,這樣可以準確分析建筑結構的抗震性能,基本可以認定與高振型的建筑模型存在明顯的影響效果,與靜力彈塑性分析方法存在差異。在進行超高層建筑結構設計時,結合項目質量要求與環(huán)境情況,構建完整的彈塑性分析模式,以此來驗證建筑結構與材料在外部應力條件下的變化程度,并且從多方面對建筑結構穩(wěn)定性展開分析,及時發(fā)現(xiàn)影響建筑穩(wěn)定性的潛在質量隱患,在設計方案中進行調整優(yōu)化,為后期施工階段提供有效保障。

        結論:綜上所述,對于超高層建筑工程來說,在圍繞項目綜合質量進行設計時,不僅要兼顧傳統(tǒng)建筑的建筑結構設計原則,而且還要格外重視超高層建筑的結構穩(wěn)定性,借助彈塑性分析技術,可以準確判定建筑結構穩(wěn)定性。本文將彈塑性分析技術作為研究對象,首先闡述提升超高層建筑結構穩(wěn)定性的重要作用,其次對彈塑性分析技術進行研究,最后指出該技術在超高層建筑結構設計中的實際應用,具體為針對建筑結構穩(wěn)定性進行假設模型分析,應用模型對靜力彈塑性展開分析,對建筑結構彈塑性的動力時程進行分析,以此對超高層建筑施工提供更準確的模型借鑒。

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