超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計優(yōu)化研究

1、<p>　　超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)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(shè)防的重要環(huán)節(jié)是建筑施工質(zhì)量，同時建筑施工質(zhì)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(guān)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(zhì)量的好壞，這樣的的例子是十分多的

2、。 </p><p>　　關(guān)鍵字：超高層結(jié)構(gòu) 抗震性能 設(shè)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(jié)構(gòu)體系是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步進一步發(fā)展,90年代,建筑結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計已提到建筑設(shè)計的日程當中，然而位于地震區(qū)較廣的城市，應(yīng)進行必要的抗震的設(shè)防，據(jù)施工情況以及房屋的現(xiàn)狀，對施工質(zhì)量的問題造

3、成的地震，工程的結(jié)構(gòu)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(zhì)量問題進行了一些研究，由此可見，做好建筑抗震設(shè)計是具有十分重要的意義。如果施工的質(zhì)量無法保證了，或者整個施工過程中的把關(guān)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(zhì)量。 </p><p>　　一、、 超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計的基本原則 </p><p>　　超高層結(jié)構(gòu)

4、抗震性能設(shè)計優(yōu)化的基本原則，是要滿足抗震設(shè)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(shè)計兩階段進行設(shè)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(yīng)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(nèi)容。根據(jù)多遇地震下彈性動力時程分析校核彈性反應(yīng)譜法結(jié)果，判定結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的性能目標確定是一個較為復(fù)雜的問題，在考慮結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的情況下,需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的超高超限情況以及結(jié)構(gòu)的規(guī)則性選取合理的性能目標。近年國際上提出基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計理論。針對每一種設(shè)防水準將結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)抗震措施進行設(shè)計。 </p><p>

6、;　　二、 超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計優(yōu)化的主要方法 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的正確應(yīng)用對保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性和經(jīng)濟合理具有十分重要的意義，經(jīng)過近百年來抗震設(shè)計方法的研究和進展，已從最早的靜力側(cè)力法逐步發(fā)展到考慮地震地面運動特征和結(jié)構(gòu)自身動力特性的反應(yīng)譜法，并進而發(fā)展到抗震性能設(shè)計方法，使得建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(jié)構(gòu)的受力、變形和損傷狀況，

7、又根據(jù)不同要求和結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計既安全又經(jīng)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(jié)構(gòu)在側(cè)向單調(diào)加載下的靜力彈塑性分析方法。具體來說，就是在結(jié)構(gòu)分析模型上施加地震水平慣性力作用的側(cè)向力

8、，并逐漸單調(diào)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(jié)構(gòu)從彈性階段開始，經(jīng)歷開裂、屈服直至倒塌破壞。這種方法可以分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、能量耗散及相互關(guān)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(shè)計理論和方法中受到了很大的關(guān)注，它是實現(xiàn)基于性能抗震設(shè)計的關(guān)鍵，可以對結(jié)構(gòu)的整體抗震性能進行評估。如果不能確定結(jié)構(gòu)在某一特定地震作用下的響應(yīng)，則必先與其它方法結(jié)合，才能對設(shè)計地震作用

9、下結(jié)構(gòu)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(chǔ)方法之上的分析方法，以 Push－over 分析方法和反應(yīng)譜相結(jié)合。雖然該方法結(jié)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(jié)構(gòu)進行 Push－over 分析得到結(jié)構(gòu)基底剪力-頂點位移關(guān)系曲

10、線，再結(jié)合地震需求譜來求結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的目標性能點，由此來估計結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震作用下的彈塑性反應(yīng)。能力譜方法的原理和具體做法是目前采用的、基于力的設(shè)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(jié)構(gòu)的重要性確定。它可以明確描述結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

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(jīng)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(jié)構(gòu)總體抗震水準的評估方法，不能提供具體樓層和主要構(gòu)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(jié)果受到所選地震波的影響較大。它很難應(yīng)用到，以優(yōu)化手段來尋求結(jié)構(gòu)最

12、佳設(shè)計的、基于性能的抗震設(shè)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(guān)鍵構(gòu)件宜允許單獨進行性能設(shè)計。 </p><p>　　對于某些致命的關(guān)鍵構(gòu)件，不必要與整個結(jié)構(gòu)的性能目標一致，可獨立進行性能設(shè)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(jié)構(gòu)采用性能目標進行設(shè)

13、計，關(guān)鍵構(gòu)件罕遇地震時性能狀況應(yīng)為輕度損壞，但實際設(shè)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(shè)計，而不受整個結(jié)構(gòu)性能目標的限制。反之較次要構(gòu)件，也允許采用比整個結(jié)構(gòu)性能目標略低的性 </p><p>　　能目標進行設(shè)計?？傊捎眯阅茉O(shè)計時應(yīng)更靈活應(yīng)用，隨不同構(gòu)件設(shè)計的需要采用相應(yīng)的性能水準。 </p><p>　　三、墻體和屋頂?shù)目拐鹪O(shè)計要求 </p>

14、<p>　　要使房屋建筑結(jié)構(gòu)的圍護結(jié)構(gòu)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(yīng)該控制墻體重量材料的特性。在屋蓋的設(shè)計中，屋蓋要盡可能用材質(zhì)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(chǎn)生，同時還能夠阻止建筑地基的不均勻沉降而使結(jié)構(gòu)遭到破壞。構(gòu)造柱的設(shè)置也對房屋建筑的抗震有很大的作用，構(gòu)造柱的設(shè)置能夠提高墻體的抗剪能力，同時能夠增加結(jié)構(gòu)的變形能力，使結(jié)構(gòu)在較小外力的作用下只是發(fā)生變形，而不影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。在房屋建筑的特性保持不變的同時，構(gòu)造柱的數(shù)量要根據(jù)《

16、抗震規(guī)范》來進行設(shè)置，但是在墻體交叉的地方，都要設(shè)置構(gòu)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(jié)構(gòu)類型的性能目標，有利于不同設(shè)計單位在設(shè)計時統(tǒng)一標準，并給設(shè)計帶來方便。建議列出各種不同類型結(jié)構(gòu)在不同水準時構(gòu)件的性能狀態(tài)。超高層結(jié)構(gòu)是指超過國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的適用高度或結(jié)構(gòu)類型、及體型特別不規(guī)則的高層建筑。在進行超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于抗震性能設(shè)計需要采取相應(yīng)的加強措施，以保證

17、結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全合理。在發(fā)展基于性能的抗震設(shè)計方法的同時，還應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)抗震性能評估理論與方法的研究?？梢愿鶕?jù)具體的設(shè)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(shè)計，可參照上述設(shè)計原則及優(yōu)化設(shè)計方法進行設(shè)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?？梢赃@樣說，工程抗震設(shè)計技術(shù)已從百年前幾乎一無所知的“必然王國”逐漸演進到今日設(shè)計者能夠根據(jù)不同情況，靈活應(yīng)用、很

18、好掌控結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)和性能的新時代，人們離開抗震設(shè)計技術(shù)的“自由王國”已經(jīng)為期不遠了。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]吳黎珍. 超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)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(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計

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