高层建筑结构设计中抗震概念设计及其应用

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1、高层建筑结构设计中抗震概念设计及其应用高层建筑结构设计中抗震概念设计及其应用　　摘要：对我国高层建筑结构的抗震设计进行了分析,从抗震概念设计的内容、重要性等方面进行了论述,为结构工程师和建筑师可以设计出更多安全可靠的高层建筑提供了依据。为了保证在地震区高层建筑的工程设计质量和提高其延性性能，依据高层建筑混凝土结构技术规程和建筑抗震设计规范中有关加强抗震概念设计的部分内容，通过工程实例从建筑、结构设计的简单性、整体性、规则性和均匀性、结构的刚度和抗震能力等方面加以阐述抗震概念设计的具体运用。　　地

2、震是一种随机振动，有难于把握的复杂性和不确定性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，同时也存在着不准确性。因此，工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决，而必须立足于“概念设计”。概念设计是指设计人员从结构的宏观整体出发，用结构系统的观点，着眼于结构整体反应，正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题，力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的

3、目的。　　国内外对建筑抗震进行了大量的研究,抗震设计理念也有多种,但是现在比较常用的主要有:概念设计和基于位移的抗震设计。　　抗震概念设计一般原则　　概念设计是相对于数值设计而言着眼于结构的总体地震反应,可以理解为运用人的思维和判断能力,从宏观上决定结构设计中的基本问题。抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,进行建筑结构总体布置并确定基本抗震措施的。　　需要强调的是设计不能陷入只凭计算的误区，若结构严重不规则，整体性差，仅按目前的结构设计计算水平，是难以保证结构的抗

4、震、抗风性能，尤其是抗震性能。因此，要求建筑师与结构工程师要共同把好初步设计这一环节。关于高层建筑混凝土结构概念设计的一般原则和具体内容，高层建筑混凝土结构技术规程有关章节作了规定。　　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。建筑抗震设计规范第条作为强制性条文要求，“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”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。　　结构的规则性和均匀性建筑抗震设

5、计规范第条要求，“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面布置宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面比较规则，不应采用严重不规则的平面布置，对A级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心；而对B级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。平面布置均匀规则，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间

6、的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。沿建筑物竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。　　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

7、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。结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力，现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量，在抗震概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。　　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

8、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。　　基于位移的抗震设计　　基于位移的抗震设计是一种以变形位移、层间侧移角为性能指标,进行结构及构件的设计。在这种方法中,位移是已知的给定输入量,而强度和刚度则是设计的输出结果。基于位移的抗震设计方法目前大致有:　　按延性系数设计方法　　延性系数法是利用的延性和要求的延性对应结构或构件的需求延性,即目标延性的计算方法,将延性需求和可利用的延性作对比,以评价结构的抗震性能并用于考虑扭转影响的延性结构基于位移的设计。衡量延性的量化设计指标最