1高層建筑結(jié)構(gòu)剛度概述
所謂結(jié)構(gòu)剛度，是指建筑結(jié)構(gòu)本身所固有的性質(zhì)之一，通常會(huì)在荷載作用下發(fā)生變形，抵抗一定的形變壓力。高層建筑在設(shè)計(jì)和興建過(guò)程中，必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行精密的分析，才能為高層建筑提供更好的抗震性能。高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)，必須具備剛度抗側(cè)力系統(tǒng)，對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形進(jìn)行控制，直接承受地震引起的作用，避免地震對(duì)高層建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損傷，實(shí)現(xiàn)高層建筑的抗震性能。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，高層建筑的抗震設(shè)計(jì)可以在性能層面進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并對(duì)性能目標(biāo)、地震動(dòng)水準(zhǔn)、性能水準(zhǔn)組合等方面進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)定。高層建筑在抗震設(shè)計(jì)的實(shí)踐過(guò)程中必須嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定執(zhí)行，采用先進(jìn)的技術(shù)和分析方法對(duì)抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中彈塑性分析法是抗震性能設(shè)計(jì)中使用的重要手段，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有比較廣泛的應(yīng)用。此方法在分析過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，使其計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差，比如阻尼取值、材料模型、操作失誤等因素，所以必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行合理的評(píng)判。
2高層建筑結(jié)構(gòu)地震作用響應(yīng)的影響因素
(1)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析評(píng)價(jià)指標(biāo)
高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用彈塑性分析方法，在對(duì)高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評(píng)估時(shí)，必須對(duì)其宏觀指標(biāo)進(jìn)行關(guān)注。評(píng)價(jià)指標(biāo)通常可以分為內(nèi)力響應(yīng)指標(biāo)和變形響應(yīng)指標(biāo)兩種，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，這兩個(gè)指標(biāo)的可靠性十分重要。彈塑性分析結(jié)果需要對(duì)內(nèi)力響應(yīng)指標(biāo)和變形響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行判斷，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，對(duì)計(jì)算模型和計(jì)算結(jié)果判斷進(jìn)行全面的評(píng)估。通常認(rèn)為高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入彈塑性變形階段之后，經(jīng)過(guò)薄弱部位之時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定程度的塑性變形，這時(shí)這個(gè)樓層的層間位移比假定計(jì)算得出的層間位移要大。假定計(jì)算是按照相同的阻尼比對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的理想彈性進(jìn)行了假定，計(jì)算其在發(fā)生大型地震之時(shí)出現(xiàn)的層間位移，如果分析得到的數(shù)值小于計(jì)算得出的數(shù)值，則需要對(duì)位移數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行反復(fù)的核查與判斷。也就是說(shuō)，通過(guò)彈塑性分析方法對(duì)高層建筑的薄弱層進(jìn)行分析，所得出的層間位移角要比彈性假定計(jì)算結(jié)果大，但是在實(shí)際的高層建筑建設(shè)過(guò)程中，薄弱層的層間位移角的變化需要根據(jù)工程的具體情況而定，并不確定在彈塑性分析中其大小變化。
(2)結(jié)構(gòu)地震作用響應(yīng)變化的影響因素
在罕遇地震的作用之下，高層建筑的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定程度的損傷，并且隨著損傷結(jié)構(gòu)的發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)會(huì)在變化基礎(chǔ)上做出不同的地震作用響應(yīng)。如果地震程度相同，通常會(huì)有兩個(gè)因素對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用響應(yīng)變化產(chǎn)生影響，一個(gè)因素是高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度，還有一個(gè)因素是阻尼。在地震作用之下，高層建筑的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同程度的損傷，而結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生之后，結(jié)構(gòu)的剛度將會(huì)出現(xiàn)明顯的下降，導(dǎo)致高層建筑的自振周期與原來(lái)相比較長(zhǎng)，從而影響地震內(nèi)力響應(yīng)程度。高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了塑性變形，在此過(guò)程中會(huì)消耗一定的能量，使得高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力響應(yīng)與位移響應(yīng)出現(xiàn)不同程度的降低，可以將這種能量耗散用等效阻尼的形式進(jìn)行表示。
(3)等效阻尼與高層建筑的剛度折減系數(shù)之間具有一定的聯(lián)系
等效阻尼會(huì)隨著結(jié)構(gòu)剛度的退化而增加，也就是在高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度退化時(shí)，彈塑性耗能的等效阻尼比會(huì)增加，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度退化到快要結(jié)束之時(shí)，等效阻尼比將在一定程度上減小。在彈塑性耗能發(fā)生過(guò)程中，耗能的能力與結(jié)構(gòu)發(fā)生的形變具有很大的關(guān)系，同時(shí)也與力呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，使得高層建筑結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重的破壞之后，滯回環(huán)變長(zhǎng)。
3剛度退化與地震作用響應(yīng)之間的關(guān)系分析
高層建筑結(jié)構(gòu)剛度退化率與剛度折減系數(shù)會(huì)在一定程度下發(fā)生重合，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)小于0.6時(shí)，剛度退化率所對(duì)應(yīng)的曲線差別會(huì)逐漸增大。通常情況下，在罕遇地震的作用下，要求高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，剛度折減系數(shù)應(yīng)該在.06以上，在這個(gè)變化范圍之內(nèi)，剛度退化率對(duì)阻尼比不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。在對(duì)剛度折減系數(shù)與地震內(nèi)力響應(yīng)和位移響應(yīng)之間存在的關(guān)系時(shí)，可以假設(shè)高層建筑結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量不發(fā)生改變，對(duì)剛度和阻尼的變化進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)彈塑性耗能的等效阻尼比進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在地震作用之下，剛度與阻尼與地震作用響應(yīng)之間的關(guān)系。在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度退化進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要對(duì)不同的參數(shù)進(jìn)行確定，其中包括建筑結(jié)構(gòu)的自振周期參數(shù)，也包含場(chǎng)地特征周期參數(shù)，還包括初始的阻尼比參數(shù)。通過(guò)這三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)結(jié)構(gòu)的高度、場(chǎng)地振動(dòng)參數(shù)以及材料類型進(jìn)行反映，并在此基礎(chǔ)上研究其對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響規(guī)律。高層建筑的剛度折減系數(shù)降低之后，結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力響應(yīng)也會(huì)出現(xiàn)逐漸降低的情況，高層建筑結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力響應(yīng)可以用基底總剪力進(jìn)行表示。高層建筑結(jié)構(gòu)的自振周期不同，會(huì)對(duì)內(nèi)力響應(yīng)造成較大的影響，在剛度折減系數(shù)相同的情況下，自振周期長(zhǎng)時(shí)，內(nèi)力響應(yīng)會(huì)在較小的幅度內(nèi)下降。高層建筑的結(jié)構(gòu)特征周期不同，結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力響應(yīng)的下降程度也會(huì)有所不同，在結(jié)構(gòu)剛度折減情況一致時(shí)，場(chǎng)地周期較長(zhǎng)，內(nèi)力響應(yīng)將會(huì)出現(xiàn)十分明顯的下降情況。初始阻尼比對(duì)彈塑性分析之中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)和位移響應(yīng)具有不同程度的影響，當(dāng)初始阻尼比不同時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)降低，而位移響應(yīng)則會(huì)在一定程度上放大。通過(guò)理論分析的方法，可以對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)剛度退化與地震作用響應(yīng)之間的關(guān)系進(jìn)行闡述，但是在實(shí)際的高層建筑興建過(guò)程中，地震作用響應(yīng)不只受到結(jié)構(gòu)剛度的影響，同時(shí)也會(huì)受到地震波輸入等其他因素的影響，所以在高層建筑的實(shí)際設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，提高高層建筑的抗震性能，使我國(guó)的建筑水平呈現(xiàn)整體上的提升。
4結(jié)語(yǔ)
高層建筑在現(xiàn)代化城市建設(shè)之中具有重要地位，是一個(gè)地區(qū)發(fā)展成熟的標(biāo)志之一，我國(guó)高層建筑數(shù)量逐漸增多，對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)性能也提出了更高的要求。高層建筑結(jié)構(gòu)剛度退化與地震作用響應(yīng)之間具有緊密的聯(lián)系，在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)內(nèi)力響應(yīng)、位移響應(yīng)等影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量水平。
