高層建筑結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力分析

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

【摘　要】針對高層建筑在抗震研究方面的薄弱點(diǎn),本論文重點(diǎn)從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的角度對高層建筑的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討,首先簡要介紹了我國當(dāng)前高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的問題,并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)對高層建筑的抗震特點(diǎn)進(jìn)行了動(dòng)力分析,提出了若干具體的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法與措施,對于進(jìn)一步提高我國高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)水平及其應(yīng)用水平具有一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】高層建筑　結(jié)構(gòu)抗震　動(dòng)力分析　 　一、目前高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的問題我國高層建筑的結(jié)構(gòu)材料一直以鋼筋混凝土為主。隨著設(shè)計(jì)思想的不斷更新,結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化,建筑平面布置與豎向體型也越來越復(fù)雜,出現(xiàn)了許多超高超限鋼筋混凝土建筑,這就給高層建筑的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)提出了更高的要求。尤其是在抗震設(shè)防地區(qū),如何準(zhǔn)確地對這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行抗震分析以及抗震設(shè)計(jì),已成為高層建筑研究領(lǐng)域的主要課題之一。 近年來,許多科研和軟件設(shè)計(jì)人員對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行的大量的分析與研究,目前我國已有多種高層建筑結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件,如中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所研制的TBSA、TAT、SATWE,清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院研制的TUS,廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院研制的廣廈CAD等,為高層建筑的結(jié)構(gòu)分析與抗震設(shè)計(jì)提供了方便、高效的計(jì)算分析手段。但是,在建筑功能等要求復(fù)雜多樣化的今天,工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到一些問題,如果簡單地直接應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件計(jì)算設(shè)計(jì),可能會(huì)出現(xiàn)不必要的浪費(fèi),有的甚至造成工程事故,這就要求結(jié)構(gòu)工程師不斷積累經(jīng)驗(yàn),運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的原則,結(jié)合理論分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對具體工程一些特殊問題具體分析、具體處理。 　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析1.設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析。高層建筑進(jìn)入初步設(shè)計(jì)階段后,首先按方案階段確定的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算模型取自±0. 000至塔頂,假定樓板為平面內(nèi)剛度無限大,其地震反應(yīng)分析基本參數(shù)列于,以及可以看出,隨著樓層高度的增加,結(jié)構(gòu)X方向(縱向)自振周期及地震力基本正常,而結(jié)構(gòu)Y方向(橫向)自振周期偏長、結(jié)構(gòu)剛度偏低,對應(yīng)于水平地震作用的剪力較小,結(jié)構(gòu)的抗震能力偏弱,結(jié)構(gòu)偏于不安全。為增加Y方向(橫向)的抗側(cè)移剛度,提高其抗震能力,在現(xiàn)代高層建筑的設(shè)計(jì)中,可以在建筑核心筒的兩側(cè)增設(shè)四道剪力墻。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001),抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量必須滿足一定要求,在地震作用時(shí)剪力墻作為第一道抗震防線必須承擔(dān)大部分的水平力。但這并不意味著框架部分可以設(shè)計(jì)得很弱,而是框架部分作為第二道防線必須具備一定的抗側(cè)力能力,在大震作用下第一道抗震防線剪力墻遭受破壞時(shí),整個(gè)結(jié)構(gòu)仍具備一定的抵抗能力,不至于立即破壞倒塌,這就需要在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),對框架部分所承擔(dān)的剪力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。 2.結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法探討。    2. 1結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本步驟。對建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防要求,是通過“兩階段”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的,其方法步驟如下:第一階段設(shè)計(jì):第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù),先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng),與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合,并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù),進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì),從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求;第二步是采用同一地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的層間位移角,使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值;同時(shí)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施,保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動(dòng)滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段設(shè)計(jì):采用與第三水準(zhǔn)相對應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù),計(jì)算出結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規(guī)范的限值,并采用必要的抗震構(gòu)造措施,從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。   2. 2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法。   2. 2. 1基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)?；A(chǔ)是實(shí)現(xiàn)高層建筑安全性的重要條件。我國高層建筑通常采用鋼筋混凝土連續(xù)地基梁形式,在基礎(chǔ)梁的設(shè)計(jì)中,為充分發(fā)揮鋼筋的抗拉性和混凝土的抗壓性的復(fù)合效應(yīng),把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在梁的高度和鋼筋的用量上,在鋼筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基礎(chǔ)筋、基礎(chǔ)輔筋5種鋼筋的結(jié)合。為防止基礎(chǔ)鋼筋的生銹,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加鋼筋表面的保護(hù)層厚度,以抑止鋼筋的腐蝕。高層建筑基礎(chǔ)處理的另一個(gè)特色是鋼制基礎(chǔ)結(jié)合墊塊的應(yīng)用,它是高層建筑上部結(jié)構(gòu)柱與基礎(chǔ)相連的重要結(jié)構(gòu)部件。它的功能之一是使具有吸濕性的混凝土基礎(chǔ)和鋼制結(jié)構(gòu)柱及上部建筑相分離,有效防止結(jié)構(gòu)體的銹蝕,確保部件的耐久性。      2. 2. 2鋼結(jié)構(gòu)骨架的抗震設(shè)計(jì)。采用鋼框架結(jié)合點(diǎn)柱壁局部加厚技術(shù)來提高結(jié)構(gòu)抗震性能。一般鋼框架結(jié)構(gòu),梁和柱結(jié)合點(diǎn)通常是柱上加焊鋼制隅撐與梁端用螺栓緊固連接。在這種方式下,鋼柱必須在結(jié)合部被切斷,加焊隅撐后再結(jié)合,這樣做技術(shù)上的不穩(wěn)定性和材料品質(zhì)不齊全的可能性很大,而且遇到大地震,鋼柱結(jié)合部折斷的危險(xiǎn)性很大。鑒于此,可以首先該結(jié)構(gòu)的梁柱采用高密度鋼材,以發(fā)揮其高強(qiáng)抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免斷柱形式,對二、三層的獨(dú)立住宅而言,結(jié)構(gòu)柱可以一貫到底,從而解決易折問題。與梁結(jié)合部柱壁達(dá)到兩倍厚,所采用的是高頻加熱引導(dǎo)增厚技術(shù)。在制造過程中品質(zhì)易下降的鋼管經(jīng)過加熱處理反而使材料本來所具有的拉伸強(qiáng)度得以恢復(fù)。對于地震時(shí)易產(chǎn)生的應(yīng)力集中,柱的增厚部位能發(fā)揮很大的阻抗能力,從而提高和強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)的抗震性。 2.2.3墻體的抗震設(shè)計(jì)。“三合一”外墻結(jié)構(gòu)體系,首先是由日本專家設(shè)計(jì)應(yīng)用的,采用外墻結(jié)構(gòu)柱與兩側(cè)外墻板鋼框架組合形成的“三合一”整體承重的結(jié)構(gòu)體系。該體系不僅僅用柱和梁來支撐高層建筑,而是利用墻體鋼框架與結(jié)構(gòu)柱結(jié)合,有效地承受來自垂直方向與水平方向的荷載。由于外墻板鋼框架的補(bǔ)強(qiáng)作用,該做法可以較好地發(fā)揮結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)值以外的補(bǔ)強(qiáng)承載力。加強(qiáng)了對豎向地震力及雪荷載的抵抗能力,最大限度地發(fā)揮其抗震優(yōu)勢;另一方面,由于外墻板鋼框架與內(nèi)部斜拉桿所構(gòu)成“面”承載與結(jié)構(gòu)柱的結(jié)合并用,也提高了整體抗側(cè)推力和抗變形能力。它的抗水平風(fēng)載和地震力的能力比單純墻體承重體系提高30%左右?！?　三、結(jié)語 高層建筑已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前時(shí)代建筑發(fā)展的主流建筑形態(tài)之一,對于高層建筑,其抗震效能的分析一直是國內(nèi)外建筑抗震設(shè)計(jì)分析的研究熱點(diǎn),而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),只有從高層建筑物內(nèi)部實(shí)施結(jié)構(gòu)抗震,才能夠從根本上提高高層建筑的抗震效能。本論文從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行了抗震分析,對于具體的高層建筑抗震設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)和借鑒意義。 參考文獻(xiàn): [1]李忠獻(xiàn).高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理論[M].北京:科學(xué)出版社,2006. [2]吳鎂良.帶高位轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].北京:清華大學(xué), 2003. [3]王森,魏璉.不同高位轉(zhuǎn)換層對高層建筑動(dòng)力特性和地震作用影響的研究[J].建筑結(jié)構(gòu), 2002, (8): 34-35. [4]傅學(xué)怡,吳兵.高層建筑結(jié)構(gòu)若干重要問題探討[J].建筑結(jié)構(gòu)-技術(shù)通訊, 2007, (5): 11-12.