黄剑锋
深圳中海世纪建筑设计有限公司南宁分公司 广西南宁530000
摘要：随着我国现代化进程的不断推进和城市化水平的不断提高，城市建设的空间也在不断缩小，更多的城市建筑正在向更高水平发展。虽然这种演变给了城市更多的生活区域，但也对建筑设计师提出了更多的要求。如何实现超高层建筑的抗震能力，如何有效评估一栋超高层建筑是否安全，都是相关行业人员需要解决的难题，各个研究机构也在不断探讨这个话题。
关键词：弹塑性分析；超超高层建筑；结构设计；应用策略
引言
地震是自然灾害，造成重大生命和财产损失。20世纪末，美国出现了以性能为基础的抗震方法，满足了建筑物的使用寿命。过去，冲击分析的重点是导致结构在偶尔发生地震时无法使用的结构。地震作用下的冲击阻尼结构部分处于塑性状态，需要弹性塑性分析来评估结构强度。
1弹塑性分析的基本概念
对于弹塑性分析方法，这基本上是一种在罕见地震条件下对建筑结构进行弹塑性分析的简化方法，而弹塑性分析方法基本上是静态的。从理论上讲，该方法在预测结构弹塑性动力反应方面的应用仍然存在一些缺陷，但许多工程研究和实践表明，在合理限度内，该方法能够准确反映结构非线性地震反应的特点，从而此外，在发生罕见地震时，还可以使用弹塑性分析来计算结构各层之间的最大位移角度，并获得各种构件以及结构的低层和低构件的弹塑性开发过程，这对设计非常高级别的结构非常有用。在此阶段，最常用的方法是FEMA推荐的目标位移方法-273(在美国)，专门用于分析结构的推力区域。随着设计理论的不断完善，弹性分析方法也正在成熟。
2提高建筑物抗震性能的必要性
与世界各国的建设规模相比，中国的上层建筑建设规模相对较大，建筑楼层高度不断增加，呈现出各种极其复杂的体型，有的超高层建筑的结构抗震能力远远超出了要求和此外，除了国家对上层建筑高度和建筑结构的监管和范围要求之外，如果仅仅通过使用过时的方法来防止抗震，鼓励提高建筑物的抗震能力，建筑结构的安全性和可靠性就会受到严重威胁因此，有必要采用新的技术方法，有效提高超高层建筑的抗震能力。
3弹塑性分析方法分析
3.1静力弹塑性分析法
一种静态弹塑性分析方法，如实际计算模型所示，目前在罕见地震中产生弹性变形，通常通过建立载荷分布，在倒三角形或第一个水平载荷模型中形成地震效应。在整个结构中创建较高的水平载荷，以确保杆件的弯曲弹性。如果载荷增加，则需要重新计算载荷，直到所有计算都达到预期结果，从而提高整个结构的抗震性能。静态塑性有很大的优点和缺点，因为整个结构的非线性变形和承载变形更加现实，可以根据地震波的特定数据直接输入模型。采用集成计算确定地面加速度的时间偏差，控制内力和结构变形的整个过程。缺点是结构的性能只能在荷载作用下提供，而不能反映结构在地震作用下的性能，也不能反映由于地震中的瞬态变化而导致结构中刚性退化和内力重新分布等非线性动力反应；在计算中选择不同形式的水平载荷分布会导致计算结果不同，从而导致最终结果不确定。
3.2弹塑性动力时程分析法
由于建筑物的高度在增长，所以很难用弹性理论进行结构分析。在弹性矩分析中，将建筑物作为弹性振动系统输入到土体研究加速度中，以确定多次地震下的结构弹性。很难确定结构缺陷对冲击载荷强度的怀疑，弹性动态时间分析准确地反映了地震作用下的反应，是提高冲击强度的有效措施。
目前抗冲击性的目标是受到多次地震的影响，不损害机体结构；罕见地震造成的严重破坏。在冲击设计的第一阶段，结构被认为具有弹性，并根据第一次水平振动的参数计算结构影响。设计第二阶段的结构通过创建减震器的措施满足了第三级设计要求，对于特殊建筑，需要采取措施，使用大型建筑的弹性动态计算方法计算弹性变形。时段分析是1960年代开发的冲击分析，1980年代成为大多数国家冲击确定的规范方法。是结构微分方程的动态分析方法，用于确定不同质量属性随时间的变化，并计算结构力随时间的变化。由于计算数据的复杂性，计算能力提供了动态时间分析。弹塑性时间分析可计算任何时候对地震作出反应的结构力，并确定应力和塑性变形以及中间部分。
对于弹塑性时间分析，首先选择分析模型。常用的计算模型是塑性关节和塑性关节。描述一维单元的典型弹性模型:将塑性变形约束到单元局部区域的塑性关节模型，模型单元的参数关系采用构件的内力变形。优点是计算工作负荷较小，但不适合计算循环能量负荷。塑料区域模型考虑单元在长度上进入塑性，材料与点之间的应力关系，并精确模拟轴向力与双弯矩的关系。混凝土塑性损伤模型是连续损伤模型，其中各轴的作用厚度不同，进入塑性后损伤系数由单独的参数控制。混凝土刚度损伤后的卸载方向由独立参数控制。
在实施弹性动态时间分析时，首先定义了框架单元的塑性节点，这些节点通常包含常用的标准塑性节点属性。为结构件单元指定塑料定位点，并在单元末端指定其他接头类型。您可以执行弹塑性时间分析荷载工况研究，其中积分时间分析非线性地考虑结构材料，例如：弹塑性时间分析，并为直接一体化时间表选择分析类型。结构的弹性弹塑性时间分析后，根据平均需求的计算结果评估结构冲击强度。人们对弹塑性分析的认识日益提高，导致弹塑性时间分析的发展空间。对于随时间变化的弹塑性分析，必须考虑阻尼大小、简化模型等。
4弹塑性在超超高层建筑结构中的应用
4.1在假设的条件中对抗震计算结果的模型进行对应的分析
一个由两座100米和260米的主楼组成的集体建筑，从整个建筑结构的抗震能力来看，实际上是整个钢筋混凝土。该结构的设计不仅要保证建筑物的经济效益，而且要保证其在0.1G规定范围内的抗震技术。建筑物的中心结构是钢筋混凝土圆柱，内部结构是钢筋混凝土剪力墙的中心圆柱，相应的外部结构是框架圆柱。在b类钢筋混凝土结构中，主缸的中心筒高度应小于230米，符合中国有关行业的技术要求。在实践中，超高端建筑的强度构件始终由支撑建筑的梁和剪力墙组成。在此结构中，梁和柱是整体元素。若要模拟实际力，您可以在研究中使用横杆元素，但模型可能与实际力略有不同。对于实际力，导出三种形式的力连接，即力连接的两端，两端固定，一端固定。如果实际建筑中仍存在大量基本体积，则具体的剪切变形情况必须考虑更多的实际情况。
4.2弹塑性方法分析
有限元计算软件可用于构建三维有限元模型，确保工程项目的静态塑性分析效果得到全面增强。分析时，要判断在罕见地震条件下建筑物结构移动的罕见地震时建筑物的倒塌情况，通过1/1158计算建筑物的位移，建筑物结构不会倒塌。但是，某些柱的脚位置和顶部位置有塑料铰链，分析和计算表明，在产生塑料铰链的区域，混凝土和钢筋仍正常工作，不会造成严重损坏，而且构件不需要加固钢筋处理。
4.3弹塑性动力时程分析
在具体分析工作中，设计人员主要选取了一组人工波浪和两组实际强震记录进行分析，人工波浪主要通过人工手段模拟加速度时程曲线。从最终数据可以看出，模拟过程中原始最大加速度分别达到了54.8、207.8、67.2。此外，该结构的最大层间位移角分别为1/690、1/704和1/966。查阅相应的设计规范，发现调整后的最大加速度为220gal。因此，从数据对比中可以得出以下结论:一方面，与规范中的位移角限值数据相比，结构层间弹塑性位移相对较小，结构具有较强的安全性和可靠性。另一方面，通过比较两种不同的分析方法，可以得出这种结构具有相对一致的塑料线分布区域。但通过弹塑性动力时程分析方法的应用，得到的面积更为广泛，这种差异主要与高振型有关。
结束语
在设计上层建筑结构时，必须采取合理和适当的措施，提高结构的整体抗震能力，以确保结构设计的安全性。随着计算机技术的不断发展，弹塑性分析理论变得越来越精确，结构建模越来越适应实际情况，上层建筑结构弹塑性分析方法越来越先进，理论只有不断学习才能进行更有效、更高质量的工作。
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