超高層結構抗震性能設計優(yōu)化研究

1、<p>　　超高層結構抗震性能設計優(yōu)化研究</p><p>　　摘要：我國城市化進程的加快，城市建筑行業(yè)得到充分的發(fā)展，高層建筑數(shù)量也越來越多，因此對高層建筑自身的抗震性能也提了更高的要求。實現(xiàn)抗震設防的重要環(huán)節(jié)是建筑施工質量，同時建筑施工質量也是抗震能力強弱的一個重要的指標，并且是建筑保證抗震性能的關鍵所在。當強震發(fā)生時，對地震的破壞程度有明顯的影響，而且也折射著施工質量的好壞，這樣的的例子是十分多的

2、。 </p><p>　　關鍵字：超高層結構 抗震性能 設計優(yōu)化研究 </p><p>　　中圖分類號：TU97 文獻標識碼： A </p><p>　　建筑的結構體系是隨著社會生產的發(fā)展和科學技術的進步進一步發(fā)展,90年代,建筑結構抗震分析和設計已提到建筑設計的日程當中，然而位于地震區(qū)較廣的城市，應進行必要的抗震的設防，據(jù)施工情況以及房屋的現(xiàn)狀，對施工質量的問題造

3、成的地震，工程的結構抗震能力破壞主要原因進行了簡要的分析，對提高抗震的能力及施工的質量問題進行了一些研究，由此可見，做好建筑抗震設計是具有十分重要的意義。如果施工的質量無法保證了，或者整個施工過程中的把關不夠嚴格，擁有較高的抗震能力也就成為空談了。想加強建筑的抗震能力，就必須要保證施工的質量。 </p><p>　　一、、 超高層結構抗震性能設計的基本原則 </p><p>　　超高層結構

4、抗震性能設計優(yōu)化的基本原則，是要滿足抗震設防目標大震不倒、中震可修、小震不壞三個水準的要求，在確定這個原則時，需要按抗震設計兩階段進行設計，這兩個階段分別是多遇地震下的情況和罕遇地震的情況。前者采用彈性反應譜法，后者采用抗倒塌彈塑性變形驗算； </p><p>　　第二個原則是要遵守兩種驗證方法的基本要求和主要內容。根據(jù)多遇地震下彈性動力時程分析校核彈性反應譜法結果，判定結構構件塑性鉸出現(xiàn)的順序和分布，獲得彈塑性

5、底部剪力、層間位移曲線等。將建筑物按其使用功能劃分為四個類別，結構在各級地震動水平下的最低抗震性態(tài)的要求根據(jù)規(guī)范確定。超高層結構的性能目標確定是一個較為復雜的問題，在考慮結構不規(guī)則性的情況下,需要根據(jù)結構的超高超限情況以及結構的規(guī)則性選取合理的性能目標。近年國際上提出基于結構性能的抗震設計理論。針對每一種設防水準將結構的抗震性能劃分成不同等級，采用合理的抗震性能目標和合適的結構抗震措施進行設計。 </p><p>

6、;　　二、 超高層結構抗震性能設計優(yōu)化的主要方法 </p><p>　　建筑結構抗震設計方法的正確應用對保證結構的抗震安全性和經濟合理具有十分重要的意義，經過近百年來抗震設計方法的研究和進展，已從最早的靜力側力法逐步發(fā)展到考慮地震地面運動特征和結構自身動力特性的反應譜法，并進而發(fā)展到抗震性能設計方法，使得建筑結構抗震設計既反映了地震作用的隨機性，考慮了小震、中震、大震不同水準地震作用下結構的受力、變形和損傷狀況，

7、又根據(jù)不同要求和結構中不同構件對結構安全所起的作用區(qū)別對待，采取有針對性的分析和抗震措施，做到建筑結構抗震設計既安全又經濟合理，其意義是十分重大的。 </p><p>　　1. Push－over 分析方法 </p><p>　　Push－over 分析方法，又叫推覆分析方法，這是一種進行結構在側向單調加載下的靜力彈塑性分析方法。具體來說，就是在結構分析模型上施加地震水平慣性力作用的側向力

8、，并逐漸單調加大。這種地震水平慣性力按某種方法模擬得到的，目的是使結構從彈性階段開始，經歷開裂、屈服直至倒塌破壞。這種方法可以分析結構的內力、能量耗散及相互關系，了解塑性鉸出現(xiàn)的順序和位置以及可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)。Push－over 分析方法在基于性能的抗震設計理論和方法中受到了很大的關注，它是實現(xiàn)基于性能抗震設計的關鍵，可以對結構的整體抗震性能進行評估。如果不能確定結構在某一特定地震作用下的響應，則必先與其它方法結合，才能對設計地震作用

9、下結構的抗震能力進行具體評估。 </p><p><b>　　2. 能力譜方法 </b></p><p>　　能力譜方法是一種建立在其它基礎方法之上的分析方法，以 Push－over 分析方法和反應譜相結合。雖然該方法結合了上述兩種理念和計算方法，但在具體實施操作過程中具有簡化的特點。這種方法首先通過對結構進行 Push－over 分析得到結構基底剪力-頂點位移關系曲

10、線，再結合地震需求譜來求結構在設計地震作用下結構反應的目標性能點，由此來估計結構在設計地震作用下的彈塑性反應。能力譜方法的原理和具體做法是目前采用的、基于力的設計方法加位移、變形的校核。具體性能要求可根據(jù)建筑物和結構的重要性確定。它可以明確描述結構性能狀態(tài)的物理量，如力、剛度 、速度、加速度等。 </p><p>　　3. 位移影響系數(shù)法 </p><p>　　位移影響系數(shù)法是用來確定結構

11、靜力彈塑性分析的最大期望位移的方法，我國工程界對此還不熟悉。涉及到的計算公式中有許多參數(shù)，因為公式中的參數(shù)過多地依賴由實驗得到的經驗取法，所以其計算精度也是不能保證的。此外，位移影響系數(shù)法還有一個問題。這種方法只是一種衡量結構總體抗震水準的評估方法，不能提供具體樓層和主要構件的損壞情況。在彈塑性抗震分析方法中，非線性時程分析方法是最可靠的方法，對前后數(shù)據(jù)處理工作繁冗和計算結果受到所選地震波的影響較大。它很難應用到，以優(yōu)化手段來尋求結構最

12、佳設計的、基于性能的抗震設計當中。所以，位移影響系數(shù)法還是相對比較簡單的計算方法，只是精確度還需要進一步研究優(yōu)化。 </p><p>　　4.對關鍵構件宜允許單獨進行性能設計。 </p><p>　　對于某些致命的關鍵構件，不必要與整個結構的性能目標一致，可獨立進行性能設計。例如某一高層建筑，建筑要求在角部僅用一根柱子，支撐上部幾十層建筑，該柱又有 6 層高，如果整個結構采用性能目標進行設

13、計，關鍵構件罕遇地震時性能狀況應為輕度損壞，但實際設計在大震時該柱宜處于彈性狀態(tài)以確保安全，因此該柱可獨立進行性能設計，而不受整個結構性能目標的限制。反之較次要構件，也允許采用比整個結構性能目標略低的性 </p><p>　　能目標進行設計?？傊捎眯阅茉O計時應更靈活應用，隨不同構件設計的需要采用相應的性能水準。 </p><p>　　三、墻體和屋頂?shù)目拐鹪O計要求 </p>

14、<p>　　要使房屋建筑結構的圍護結構變輕，就要使房屋的墻體變輕。如果墻體的重量過大，其抗震性能就會變得很弱，發(fā)生地震時，就會很容易遭到破壞。所以，應該控制墻體重量材料的特性。在屋蓋的設計中，屋蓋要盡可能用材質比較輕的材料，并且盡量不要在屋頂增加沉重的附屬物，那樣不僅增加了屋蓋的重量，還增加了房屋的高度，加大了房屋建筑的高寬比，影響房屋的抗震性能。如果是必須建造的，也要盡量做得矮些、牢固些，或者是用重量較輕的材料。圈梁對于減輕

15、震害有著極大的作用，無論是地基中的圈梁還是墻體中的圈梁。圈梁能夠使墻體之間的連接更加的牢固，有效的增強房屋建筑的整體性和穩(wěn)固性，也可以在一定程度上阻礙墻體裂縫的產生，同時還能夠阻止建筑地基的不均勻沉降而使結構遭到破壞。構造柱的設置也對房屋建筑的抗震有很大的作用，構造柱的設置能夠提高墻體的抗剪能力，同時能夠增加結構的變形能力，使結構在較小外力的作用下只是發(fā)生變形，而不影響結構的整體穩(wěn)定。在房屋建筑的特性保持不變的同時，構造柱的數(shù)量要根據(jù)《

16、抗震規(guī)范》來進行設置，但是在墻體交叉的地方，都要設置構造柱，這樣就會使墻體的材料從脆性向著延性發(fā)展。 </p><p>　　建議補充不同結構類型的性能目標，有利于不同設計單位在設計時統(tǒng)一標準，并給設計帶來方便。建議列出各種不同類型結構在不同水準時構件的性能狀態(tài)。超高層結構是指超過國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的適用高度或結構類型、及體型特別不規(guī)則的高層建筑。在進行超高層結構設計時，對于抗震性能設計需要采取相應的加強措施，以保證

17、結構設計的安全合理。在發(fā)展基于性能的抗震設計方法的同時，還應該重視結構抗震性能評估理論與方法的研究?？梢愿鶕?jù)具體的設防烈度、房屋高度、不規(guī)則程度，選擇抗震性能目標。超高層建筑的抗震設計，可參照上述設計原則及優(yōu)化設計方法進行設計。 </p><p>　　隨著不斷的實踐和研究，必將出現(xiàn)一些新的改進和補充。可以這樣說，工程抗震設計技術已從百年前幾乎一無所知的“必然王國”逐漸演進到今日設計者能夠根據(jù)不同情況，靈活應用、很

18、好掌控結構在地震作用下的反應和性能的新時代，人們離開抗震設計技術的“自由王國”已經為期不遠了。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]吳黎珍. 超高層結構抗震性能設計優(yōu)化研究[J]. 城市建筑,2013,10:54. </p><p>　　[2]洪磊,周穎,趙楊,熊海貝,劉祖華. 某超高層結構抗震性能設計

19、與優(yōu)化[J]. 結構工程師,2012,01:60-66. </p><p>　　[3]李路彬. 超高層鋼—混凝土混合結構抗震性能和設計方法研究[D].北京建筑工程學院,2012. </p><p>　　[4]秦寶林. 在PERFORM 3D軟件支持下對超高層結構實例抗震性能的初步評價[D].重慶大學,2012. </p><p>　　[5]關建強. 某超限高層建筑的