高层建筑结构设计抗震设计探讨

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文发布时间：2011-04-24 10:57:50浏览：次

　　摘要：随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。本文作者结合自身工作经验对高层建筑结构设计中抗震设计进行了分析、探讨，并对抗震设计中存在的常见问题进行深入分析，并提出相应的改进方法和措施。
　　关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计
　　抗震设计高层建筑的结构体系是随着社会的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震是建筑物安全考虑的重要问题。地震是一种随机振动,所以建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害,就需要分析研究建筑抗震问题不断总结工程经验,妥善处理这一工程问题。
　　1．实行建筑抗震设计规范，总结工程经验妥善处理工程问题：
　　1.1选择有利的抗震场地
　　地震造成建筑物的破坏,除地震动直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂,地基土的小均匀沉陷,滑坡和粉
　　、砂土液化等。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段,如软弱场地土,易液化土,条件突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质陡坡、采空区、河岸和边坡边缘,场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀等地段;当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施;当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施;对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。基础设计时,同一结构单元不宜设计在性质截然不同的地基土上,也不宜部分采用天然地基部分采用桩基,不宜部分采用端承桩部分采用摩擦桩;高层建筑宜设置地下室,应避免采用局部地下室。
　　1.2优化的平面和立面布置
　　关于建筑结构设计的平面与立体结构,我们根据认为有以下几个方面可以参考:
　　①结构的简单性。结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析,限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
　　②结构的刚度和抗震能力。水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常,可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力,结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大,过大的变形会产生重力二阶效应,导致结构破坏、失稳。
　　③结构的整体性。在高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用,楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构,而且要求这些子结构能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。
　　1.3设置多道设防的抗震结构体系
　　抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经过技术、经济条件比较综合确定。首先宜有多道抗震防线,应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承裁能力。所谓多道抗震防线,是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服,充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,即担负起第一道抗震防线的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线,这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。同时底框建筑底层高度不宜太高,应控制在4.5m以下。高度加大,底层刚度减小,重心提高,使框架柱的长细比增大,更容易产生失稳现象。而且由于高度较大,很多建筑房间被业主一层改成了两层,造成了较大的安全隐患。宜具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位.产生过大的应力集中或塑性变形集中;可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
　　1.4保证结构的延性抗震能力
　　合理选择了建筑结构后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标,系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁:人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯:剪切破坏基本上没有延性,一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力,对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。
　　1.5合理的建筑结构参数设计计算分析
　　参数设计是进行地震作用和房屋各构件的地震响应计算,包括各墙柱梁板承载力和变形计算。开始计算前,应根据高层结构的实际工作状况,建立正确的计算模型,根据概念设计做必要的简化计算与处理。计算软件技术条件的输入应符合规范及有关标准的规定,并应根据具体工程注意需要特殊处理的内容。对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时,应采用不少于两个不同的力学模型,目前主要有两种计算理论:剪摩理论和主拉应力理论,它们有各自的适用范围:砖砌体一般采用主拉应力理论,而砌块结构可采用剪摩理论。对计算机的计算结果,应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。结构计算控制的主要计算结果有结构的自振周期、位移、平动及扭转系数、层间刚度比、剪重比、有效质量系数等。另外,地下室水平位移嵌固位置,转换层刚度是否满足要求等,都要求有层刚度作为依据。复杂高层建筑抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数不应小于15,对多塔结构的振型数不应小手塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。总之,高层结构计算很难一次完成,应根据试算结果,按上述要求多次调整,才能得到较为合理的计算结果,以保证建筑物的安全。