抗震设计在高层建筑中的应用探究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 抗震设计在高层建筑中的应用探究 摘要：现在的建筑越来越高，而 我们对地震的发生还未能做到有效的预 测，所以说，地震建筑灾害对人们的威 胁也越来越严重。如何做好在高层建筑 的抗震设计不仅关乎着高层建筑的寿命， 还关乎着人们的生命财产安全。本文作 者结合自己多年来的经验对抗震设计在 高层建筑的应用进行了一番探究。 中国论文网 /2/view-12910535.htm 关键词：抗震设计；高层建筑； 应用 随着社会经济的日益发展，城市 用地面临着严重不足，所以城市里的建 筑也就越建越高，而我们对地震的发生 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 还未能做到有效的预测。因此，地震灾 害对生活在高层建筑中的人们的威胁也 就越来越严重，做好高层建筑中的抗震 设计也就显得异常地重要。 一、抗震设计的概念 抗震设计是根据地震灾害和工程 经验等所形成的基本设计原则和设计思 想，进行建筑和结构的总体布置并确定 细部构造，是结构工程师运用“概念” 进 行分析，做出判断，并采取的相应措施， 是工程结构设计人员从宏观上、总体上 和原则上去决策和确定高层结构设计中 的一些最基本、最关键的问题。 抗震设计的基本要点有： （一）选择合理的抗震结构 高层建筑结构在抗震设计时，设 计的结构要将抗震安全性和经济性结合 起来考虑，布置多道抗震防线，避免部 分失效而导致整个结构体系丧失抗震能 力或丧失对重力的承载能力。结构还要 有较强的整体性和变形能力，使结构的 强度、刚度和变形能力做到有效统一。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 （二）建筑布置要规则 建筑体形或结构总体布置的不合 理会导致地震灾害，高层建筑应重视体 形和结构的总体布置。抗震设计选择的 建筑平面和立面布置要对称、规则。结 构的刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件 的截面尺寸和材料强度宜从下到上逐渐 减小，避免因刚度和承载力突然变小而 造成薄弱层。 （三）选择合理的结构计算简图 和地震作用传递途径 闲置大部分高层建筑都能运用计 算机进行程序运算，为保证计算结构的 可靠性，要求工程设计人员要熟练掌握 结构的简化计算方法，得到结构构件在 荷载作用下的计算简图。结构在地震作 用下的传力途径要简单、直接，利用合 理的力学模型和数学模型获得更为符合 实际的抗震验算结果。 （四）所选场地和地基要有助于 抗震 高层建筑设计中对场地和地基的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 选择要避开对建筑抗震不利的地段。如 果无法避开，那就要采取适当的抗震措 施。设计前还要估算建筑结构的自振周 期，与场地的活跃周期错开，防止地震 时结构发生类共振现象。 二、高层建筑结构抗震设计分析 方法 文献资料表明，高层建筑地震破 坏作用力不是直接作用在建筑结构体上 的荷载，而是地震引起的地面运动导致 建筑结构体在惯性力作用下的破坏。对 高层建筑结构进行抗震设计分析时，应 结合建筑结构体的抗震性能和地震作用 的基本规律，尽量采用简化的模型和计 算方法进行系统的研究。目前，高层建 筑抗震设计的分析方法主要包括以下三 种。 （一）底部剪力法 底部剪力法是针对规则的建筑结 构体水平方向地震作用效果进行分析的 简化方法。底部剪力法是按照弹性地震 反应谱理论来进行抗震分析的，即建筑 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 结构底部在地震过程中所承受的总地震 剪力与等效单质点水平地震作用力相等。 所以可以利用等效单质点分析模型对建 筑钢结构体抗震性能进行分析，确定整 个建筑抗震结构体的总水平、地震作用 力及其沿建筑高度的分布和变化性。利 用底部剪力法将各层的重力荷载代表值 集中于该层楼盖处，并在简化计算时， 楼盖处每个主轴方向可以仅考虑一个自 由度进行抗震计算。 （二）反应谱法 反应谱法是以建筑单质点的弹性 性能及结构体系在地震中所具有的应力 反应为基础，进行高层建筑结构体抗震 性能的分析计算。运用反应谱法时，就 是利用地震谱曲线，结合实际地面运动 特性来计算高层建筑结构体系的抗震反 应性能。根据地震过程中其破坏性地震 波波动性能，可按照平动振和扭转祸连 振两种特性进行反应谱法分解计算来获 取建筑结构体系统抗震性能。 （三）时程分析法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 采用简化计算模型和方法，不能 有效保证建筑及结构抗震承载力和变形 安全度，不能作为建筑结构抗震设计的 决策性数据。时程分析法是以建筑结构 地震反应性能为基础，是根据建筑物结 构实际特性形成完善的弹性或弹塑性振 动分析系统，通过直接输入建筑物地面 地震加速度数值，结合地震波运动方程 的直接积分性能，获得建筑结构抗震体 系中各质点的位移、速度、加速度以及 抗震结构体的地震剪力时程变化曲线， 获得完善可靠的建筑结构抗震性能数据 信息，以及设计出完善的抗震设计方案。 三、高层建筑抗震设计要点 (一) 结构要有规则性 高层建筑物设计要符合抗震概念 设计要求，对建筑进行合理的布置。平 立面简单且对称的结构类型建筑物因为 容易估计其地震反映，易于采取相应的 抗震构造措施并且进行细部处理，所以 在地震时具有较好的抗震性能。建筑结 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 构的规则性是指建筑物在平立面外形尺 寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多 方面的要求。要求建筑物平面对称均匀， 质量沿建筑物竖向变化均匀，同时应保 证建筑物的扭转刚度能够减小结构的扭 转影响，满足建筑物在竖向上重力荷载 受力均匀，减小结构内应力和竖向构件 间差异变形对建筑结构的不利影响。 （二）限制层间位移 高层建筑在风力和地震作用下往 往能够产生较大的层间位移，甚至会超 过结构的位移限值。而位移限值大小与 结构材料、结构体系甚至装修标准以及 侧向荷载等诸多因素有关，其中钢筋混 凝土结构的位移限值(一般在 14001700 范围内)则比钢结构 (12O01 500 范围内)要求严格，风 荷载作用下的限值比地震作用 F 的要求 严格。高层建筑结构应根据建筑物的实 际情况以及所处的地理位置进行设计， 满足其具有足够的刚度，避免结构在水 平荷载的作用下产生过大的位移而影响 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 结构的承载力、稳定性以及正常使用功 能等。 （三）控制地震扭转效应 当建筑结构的平面布置等不规则、 不对称导致建筑层间水平荷载合力中心 与建筑结构刚度中心不重合，在地震发 生时建筑结构除发生水平位移外，还易 发生扭转性破坏导致结构整体倒塌，因 此在结构设计中应充分重视扭转的影响。 建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的 层间变形不同，距刚心较远的结构边缘 的抗侧力单元的层间侧移最大；在上下 刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度 中心未能在同一轴线上，使各层结构的 偏心距和扭矩发生改变。所以在设计过 程中要对各层的扭转修正系数分别计算， 而计算时主要控制周期比、位移比两个 重要指标，当这两个控制参数的计算结 果不能满足要求时要对其进行调整。 （四）选择良好的建设场地 如果说高层建筑结构具有良好抗 震性能，那么它的变形能力要满足在预 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 期的地震作用下的变形要求。因此在设 计过程中除了控制构件的承载力外，还 应控制结构在地震作用下的层间位移极 限，然后根据构件变形与结构位移的关 系来确定构件的变形值，同时根据截面 达到的应变大小及分布来确定构件的构 造要求，选择坚硬的良好的场地土来建 造高层建筑等方法来减小地震能量的输 入。 （五）尽量减轻结构自重 在同样的地基条件下，若减轻结 构自重则可相应增加建筑的层数或减少 地基处理造价。因为地震效应与建筑质 量成正相关，而高层建筑的重心高，在 地震发生时其倾覆力矩也跟着增加。所 以，为了减小其倾覆