Push over分析法在高层建筑结构分析中的应用论文
摘要：静力弹塑性分析方法（Push-over法）作为结构抗震评估分析的一种方法，近年来受到结构工程师的普遍关注。文章以实际高层建筑结构工程为背景，从临界高度的判定，设计时主要考虑的因素，以及运用弹塑性分析方法Push-over法分析结构的抗震情况等方面展开论述，提供一个设计思路和方法，可供设计时参考使用。
关键词：高层建筑结构；静力弹塑性Push-over分析；结构抗震设计
1.工程概况
唐山钢城水岸项目是一大型高档住宅区，本工程位于唐山市路北区河东路东侧，为唐钢旧址迁用地，用地由A01和A04两部分组成，为商业住宅。8号楼建筑面积15835.7m2，本工程地上为32层，建筑总高度92.8米，外轮框尺寸为43.6m×12.5m，标准层层高2.9米，顶层层高3.01米，室内外高差0.6米；地下两层，埋深约8.6米；结构采用剪力墙结构体系。本工程建筑物安全等级二级，结构重要系数1.0；主体结构使用年限50年，设计基准期为50年。建筑抗震设防类别为丙类，地上各层均为一级抗震；地基基础设计等级为甲级。建筑防火分类等级为二类，建筑耐火等级为二级。地震基本烈度为8度，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组（设计地震加速度值为0.20g），场地特征周期为0.35s，场地类型为Ⅱ类，为建筑抗震不利地段，地下水位位于基础以下10米。地震影响系数最大值采用0.08（多遇地震）。其结构资料如下：
2.结构高度的判定
由《高层建筑混凝土结构技术规程》3.3条规定可知：A级全部落地剪力墙结构在8度（0.20g）下最大适用高度为100m，本工程高度为92.8m，属于A级高度范围。
3.高层结构设计方案需要考虑的因素
3.1抗震设防烈度
对于超过100m以上的建筑物，在不同强度的抗震设防烈度下，对应于建筑物的高度要求也是不尽相同的。一般情况下，高层建筑适合建造在抗震设防烈度在6度及以下的地区，抗震设防烈度在8度的区域不适宜建设超高层建筑物。
3.2重力载荷
对于高层建筑，在设计时要考虑到重力载荷的传力情况，实现合理的传力途径，因此在设计时对于重力载荷的途径要尽可能地直接明了。
3.3风载荷
在高层建筑的结构当中，随着建筑物高度的不断增加，风荷载对建筑物的影响要远远大于地震对建筑物的影响，特别是对于一些比较柔的高层建筑，风荷载是它结构设计中的控制因素。对于重要结构，规范要求需进行风洞试验，以保证高层建筑在风荷载下的安全性。
4.对结构进行罕遇地震下结构的弹塑性分析
4.1罕遇地震下构建的特点
在多遇地震下，结构处于弹性状态，可对结构进行弹性阶段的承载力计算和变形验算。但在罕遇地震作用下，结构构件将进入弹塑性状态，随着地震作用的逐渐增加，结构将逐渐在构件的薄弱部位出现塑性铰。随着塑性铰的增多，结构的多余自由度随之减少，结构会逐渐变为机构，在地震作用下发生倾覆。在罕遇地震的作用下，结构并不像在弹性阶段有精确的承载力计算和变形验算，而只能通过提高结构的构造措施予以加强，并增加结构的延性性能。
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）结构的地震反应与其等效的单自由度系统相关，这就意味着可忽略结构的高阶阵型，只考虑结构的第一阵型控制；
（2）结构沿高度的变形由形状向量表示，在整个地震作用的过程中，不考虑结构屈服后阵型的改变以及结构的内力重分布，形状向量始终保持为恒量；
（3）假设楼板在自身平面内的刚度为无穷大，所以楼板在平面内只有刚性位移一平动和转动，没有其它变化，而且楼板形状也不会改变。
通过Push-over分析进行结构抗震性能评估的基本思路如下：
（1）建立Push-over曲线；
（2）选择用于评估的地震水准；
（3）选择用于评估的性能水准；
（4）为各个性能水准确定容许准则；
（5）采用特定的方法进行结构抗震能力评估。
本实例采用PM软件中EPDA程序模块对结构模型做罕遇地震下的弹塑性静力分析，对上述结构进行整体性能弹塑性分析，对结构局部存在的一些薄弱环节进行加强，从而更好地为设计提供指导，保证结构的安全性。结构在倒三角形下Push-over曲线图如下：
由上图可看出，该结构在罕遇地震下的`分析结果为：能力普曲线上穿需求谱曲线，由此可以确定性能点，表示结构的抗震性能达到了罕遇地震下的弹塑性变形要求，满足结构的抗倒塌验算。
5.结语
根据结构计算分析结果，可以得出以下结论：
本结构方案满足小震、中震下允许部分次要水平构件出现塑性铰，大震下允许部分连梁和框架梁出现较多塑性铰但不倒塌，更不会危及使用者的生命安全，达到了对罕遇地震下结构的弹塑性的设防目标；罕遇地震下的弹塑性时程分析结果表明结构的塑性层间位移角能够满足规范变形要求，结构塑性变形发展情况符合了结构性能化设计目标。
有效地提高抗震效果剪力墙截面设计的重点在于：一方面要通过与连续梁组成延续性较强的结构体系，保证楼板的刚度；另一方面提高结构侧面的强度，最大限度控制建筑物的水平位移范围。
塑性铰主要发生在连梁、部分框架梁局部位置，且主要分布于建筑物的中下部，这在一定程上与中震分析的结果是相吻合的，即中震分析时结构界面利用率最大的部位在Push-over分析中将首先屈服，且随着推覆的进展部分塑性铰的发展也与中震结果中构件界面利用率具有一定的相关性；结合罕遇地震下的弹塑性计算结果，对结构薄弱部位采取适当构造加强措施，对本高层结构采用了比现行国家抗震规范更加严格有效的抗震计算和构造技术措施，确保竖向构件承载力和结构的延性，保证结构大震不倒有着重要作用。
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