高层建筑结构抗震设计探折

1、高层建筑结构抗震设计探折摘要：高层建筑抗震工作一直以來都是建筑设计和施工的重点，本 文概述高层建筑抗震结构设计的基木原则,还主要分析了现行规范抗震分 析与设计的内容、我国高层建筑抗震抗震分析与设计中常见问题以及抗震 分析与设计的新趋势。关键词；高层建筑抗震设计屮图分类号：tu208.3文献标识码：a文章编号：1现行规范抗震分析与设计的内容我国现行抗震规范要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用 下，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限 状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时，要用时程分析法补充 计算，并进行罕遇地震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结 构

2、设计，再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法，即二阶段设计方 法。同时规范还规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性 分析方法。结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析和弹塑性静力分析两大类。弹 槊性动力分析，采用杆模型和层模型等简化的结构计算模型。杆模型计算 的优点是可以得到杆件状态随时间的变化过程，也可得到各楼层的反应。 但耗时多、费用昂贵、结果数据量大且分析比较繁冗，在国外也极少采用。 层模型计算能得到各楼层的反应，例如层剪力、楼层侧移和层间转角、层 间位移延性比等，它主要是从宏观上即层间变形检验结构在大震作用下的 安全性。层模型计算的数据相对较少，适宜于进行宏观检验，也便于计算

3、多条地震波作用。但无论是采用杆模型还是层模型进行弹塑性时程分析， 计算结果受地震波的影响较大且不存在唯一答案，冇时难以判断。2高层建筑抗震结构设计的基本原则结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能； 应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则； 対可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好 的结构构件连接协同工作。例如框架一剪力墙结构山延性框架和剪力墙两 个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。强烈地震之后往往伴随多次余 震，如只有一道防线，则

4、在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致 倒塌。抗震结构体系应冇最大可能数量的内部、外部冗余度，冇意识地建 立一系列分布的屈服区，主耍耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使 结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服 后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保 证结构的延性和抗倒塌能力。构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构 件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。耍防止在局部上加强而忽 视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。在抗震设计中有意识、有目的 地控制薄弱层，使之有足够的变形能力

5、又不使薄弱层发生转移，这是提高 结构总体抗震性能的有效手段。3我国高层建筑抗震分析与设计中常见问题按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定综合考虑经济与 适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度。这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水 平下，较为稳妥的，也是与目前整个土木工程规范体系相i办调的。对于超 高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限 建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多 影响因素将发牛质变，即有些参数本身超出了现冇规范的适宜范围，如安 全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。在地震多发区，采用

6、何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们 的重视。我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系（框一筒、筒 中筒和框架一支撑），这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国 外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构 占了 90%o如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较 大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地 震作用剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝十核心筒为主，变 形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较 大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担， 而且效果不人，有时

7、不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加 强层才能满足规范侧移限值。此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置 结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变， 常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，且加强层伸臂构 件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加 强层及转换层时，要慎重选释其结构模式，尽量减小莫本身刚度，减小其 不利影响。现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度己不能适 应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度” 并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外，对于“小 震不坏，中震可修，大震不

8、倒”这个抗震设计原则，在新形势下也有重新 审核的必要。设防标准低的根本原因在于国家财力物力冇限。我国建筑结构抗震设 计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国 外，在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上, 与外国相比，也有异同。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈來 愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，因而有人主张结构在设防 烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要冇严格的抗震措施与抗震构 造措施来保证结构的安全。4抗震分析与设计的新趋势现代控制理论中的状态空间理论应用到高层建筑结构动力响应问 题。根据结构动力方程，引入位移与速度为状态变量

9、，导出状态方程，给 出非齐次状态方程的解，进而建立状态空间迭代计算格式。经工程实例验 算，具有较高精度。特别对多自由度体系的多输入、多输出等问题的动力 响应解法，效率较高。从结构整体性能出发，改变过去对结构抗震可靠度 的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变杲性，地震烈度的随机性，烈度等级界限的随机性与模糊性 对结构抗震可靠度的影响。研究成果可用于对现有的结构进行抗震可靠度 评估，并可用于指导基于可靠度理论的结构抗震设计。5结语现阶段，土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概 念上进一步走向完善，如果可以在结构与地基的材料特性，动力响应，计 算理论，稳定标准诸方面得到