弹塑性在超高层建筑结构设计中应用

2022-09-21 16:36:49 来源:写作指导

【摘要】超高层建筑与普通建筑工程不同,由于工程项目施工高度与规模大幅度提升,因此对建筑结构设计工作提出更为严格的要求。合理应用弹塑性分析技术,能够发挥出模型假设优势,对建筑结构框架与材料在应力作用下的动态情况作出模拟,以此来判定建筑结构的稳定性与可靠性。文章对弹塑性分析技术展开分析,以实际工程为例,探析该技术在超高层建筑结构设计环节中的应用效果。希望对相关人员提供参考。

【关键词】弹塑性分析技术;超高层;建筑结构;优化设计

城镇化水平不断提高,城市可建设空间在不断缩减,多数城市建筑开始向更高发展,这一演变虽然赋予了城市更多的生存地域,超高层建筑有效解决了该问题。然而,如何增强高层建筑的结构稳定性,也是建筑行业的首要问题,不仅要保证施工技术、设备等资源的应用质量,还要促进施工与设计环节的契合性,在建筑结构设计中解决质量隐患。因此,本文弹塑性分析技术作为研究对象,探析其在超高层建筑设计中的应用价值。

1提升超高层建筑结构设计稳定性的重要性

建筑行业为适应行业市场需求,逐渐将超高层工程作为主要项目范畴,以此来缓解中低层建筑的密集拥堵问题,对于超高层建筑工程来说,会对建筑结构稳定提出较高要求,如果超高层建筑无法保证结构稳定性,会直接影响到建筑后期使用质量,采用弹塑性分析技术,对施工技术与材料进行优化,并且应用精确的超高层结构稳定性检测技术,可以提升建筑结构设计方案的可行性,提前布置相应的防治措施,降低地震灾害对超高层建筑构成的威胁。

2弹塑性分析技术概述

弹塑性分析技术,指的是从建筑结构变化角度展开分析,通过对建筑结构施加外在应力,以此来判定建筑结构的稳定性,主要技术内容如下。(1)静力弹塑性分析技术方式,在针对建筑结构展开分析时,为了使分析过程更加准确,会针对建筑加入一定程度的侧向力,并且在侧向力逐渐提升的过程中,对建筑结构变化程度进行记录,最后达到整个架构的屈服力极限值,针对建筑结构产生的位移情况进行测定,以此来判定建筑结构的稳定性与抗震系数。(2)施工材料塑性分析技术,在围绕建筑结构稳定性进行分析时,同样是针对建筑加入一定程度的侧向力,并且在侧向力逐渐提升的过程中,对建筑材料变化程度进行记录,相当于对建筑材料进行抗震测试,根据不同地震等级中材料的变化情况,可以对材料的安全等级进行划分,并且将其归类为构件立即恢复,出现构件损坏,威胁生命安全以及结构彻底破坏这四个方面。(3)水平力分布模式分析技术,指的是在对建筑结构进行侧向负荷测试时,根据建筑结构的变化,对不同结构层的惯性变化趋势进行总结,以此来判定不同应力环境下,建筑结构与材料的变化程度,具体分为固定模式与实时模式,其中前者会根据建筑结构的变化情况进行分析,当建筑结构变化情况处于合理范围时,则说明建筑结构设计方案具有可行性,而且材料与结构之间的稳定性满足工程设计要求。反之当建筑结构的变化情况超出一定范围时,则说明建筑结构设计方案存在质量隐患,需要结合弹塑性分析结果进行调整。而后者主要针对结构变化情况进行实时监控,并且准确记录不同外力环境下,不同时间段中结构的变化程度。

3弹塑性分析在超高层建筑结构设计中的实际应用

3.1针对建筑结构稳定性进行假设模型分析。应用弹塑性分析技术,能够对建筑结构稳定性进行模型分析,并且对超高层建筑结构提出假设性问题。例如某7层裙楼由两栋主体建筑组成,高度分别是260m和100m,建筑主体结构包括有地上66层、地下3层,楼层高度是3.9m。在进行建筑结构设计工作时,应用弹塑性分析技术对两个主体建筑结构的稳定性进行验证,参考钢筋混凝土施工质量,保证其能够满足相应的抗震等级。同时在建筑结构设计的优化环节,不仅要从施工质量与效率方面进行考虑,而且还要兼顾超高层工程的成本投入,对高度范围内的钢筋混凝土质量进行判定。在实际施工情况中,超高层建筑通常以剪力墙构成主要受力构件,在整体建筑结构中,梁柱作为主要构件,应用弹塑性分析技术对其变化情况进行模拟分析,这样可以对建筑施工提供准确的数据支撑,保证实际施工情况与预期模型分析结果相同。

3.2应用模型对静力弹塑性展开分析。其次是应用弹塑性分析技术构建三维有限元模型,并且将其代入到超高层建筑结构设计方案中,案例工程的静力弹塑性结果如表1所示,根据表1可知,当超高层建筑受到七级以上地震的影响时,建筑层间位移是1/164,和规范中的弹塑性层间位移规定的1/120相比,处于安全位移范围内,根据结果判定整体稳定性。当超高层建筑处于地震环境时,采用弹塑性分析技术,对建筑结构的变化周期、加速度、层间位移角等数据情况进行分析,可知当设防烈度为6度,变化周期为5.918,加速度为0.044,层间位移角为1/329,同时当设防烈度为7时,变化周期为6.513,加速度为0.071,层间位移角为1/164,满足超高层建筑结构设计质量要求。同时,弹塑性分析技术还可以对钢筋配比情况的合理性进行判定,并且针对钢筋配比方案提出优化策略。

3.3针对建筑结构弹塑性的动力时程进行分析采用弹塑性分析技术,能够对建筑结构受外力影响下的变化程度进行模拟,通过对建筑结构模型施加外在应力,从而根据动力时程情况进行分析,可以准确掌握当建筑处于任何环境外力中时,其内部结构稳定性在不同时间段的变化程度,这样可以准确分析建筑结构的抗震性能,基本可以认定与高振型的建筑模型存在明显的影响效果,与静力弹塑性分析方法存在差异。在进行超高层建筑结构设计时,结合项目质量要求与环境情况,构建完整的弹塑性分析模式,以此来验证建筑结构与材料在外部应力条件下的变化程度,并且从多方面对建筑结构稳定性展开分析,及时发现影响建筑稳定性的潜在质量隐患,在设计方案中进行调整优化,为后期施工阶段提供有效保障。结论:综上所述,对于超高层建筑工程来说,在围绕项目综合质量进行设计时,不仅要兼顾传统建筑的建筑结构设计原则,而且还要格外重视超高层建筑的结构稳定性,借助弹塑性分析技术,可以准确判定建筑结构稳定性。本文将弹塑性分析技术作为研究对象,首先阐述提升超高层建筑结构稳定性的重要作用,其次对弹塑性分析技术进行研究,最后指出该技术在超高层建筑结构设计中的实际应用,具体为针对建筑结构稳定性进行假设模型分析,应用模型对静力弹塑性展开分析,对建筑结构弹塑性的动力时程进行分析,以此对超高层建筑施工提供更准确的模型借鉴。

作者:吴雨杨 单位:四川省建筑设计研究院有限公司设计三院