高层建筑结构力学抗震设计概述

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1、高层建筑结构力学抗震设计概述　　摘要：随着多次震害经验的积累和各种新型复杂结构形式的出现，使得建筑结构工作者逐渐认识到传统抗震设计方法的局限性。为了充分满足安全耐久性以及不断提高的功能性要求，研究更加经济可靠的结构耐震新体系已为工程结构防灾减灾领域的主要课题之一。本文对高层建筑结构的力学特性与抗震设计进行研究分析。关键词：高层建筑；结构；力学特性；抗震设计中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：1高层建筑结构的抗震设计目标和方法地震时地面运动是一种随机运动。对于工程抗震而言，它最重要的性质是强度、频谱持续时间。在地震波传播过程中，土壤对地震波中不同频率成分的吸收和过滤效果不同，形成了在不同

2、场地中的振动具有不同的卓越周期。在岩石等坚硬地基中，地震波将以短周期成分为主，通常在0.1-0.3秒之间;在软土或冲积土层很厚的场地中，短周期成分被吸收、过滤、从而形成长周期成分为主的地震波，其卓越周期可达1.5-2.05秒，这对具有较长周期的高层建筑十分不利。此外场地震中距对地震波的频率成分也有影响。在震中距比较远的地区(远震区)，短周期成分被大量吸收，常常表现出长周期成分较多的特点。地震并不经常发生，强烈地震发生的机会更少，但破坏性却很大。针对这一特点，传统抗震设计目标如下(即三水准抗震目标):小震作用下，结构应维持在弹性状态，保证正常使用;中等地震作用下，结构可以局部进入塑性状态，但不允

3、许发生破坏，震后经修复可重新使用;强烈地震作用下，应保证结构不发生倒塌。抗震设计通过三方面来体现:概念设计、抗震计算和抗震构造设计。其中抗震计算采用的就是所谓“两阶段”设计方法。由于地面运动的随机性、不确定性，再加上结构会进入弹塑性状态和不同层次的设计要求，给抗震设计带来了很大困难。目前抗震设计理论还不完善，设计带有一定程度的经验性。2创建一种新的建筑结构抗震设计力学理论2.1释放地震内力建筑结构体系的新技术5释放地震内力建筑结构体系新技术的设计依据采用的动态平衡原理为以柔克刚，其主要特点是能非常有效的减弱地震灾害对建筑物的破坏程度。经中国建筑工程师陆建多年研究而发明的“建筑物消震装置”和“建

4、筑物抗震减零装置”的两项新技术已经先后获得了中国、美国、英国的发明专利权，它彻底改变了以往的插入式钢箍捆住地震内力的建筑结构体系，从而将建筑物整体十分巧妙的隔离成两个受力体系，改变了地震破坏力的传播介质，化直接传递为间接传递。这种新技术集结了全球常规抗震技术的优点，重点突破且解决了建筑结构抗震的动力平衡问题，从建筑结构抗震设计力学理论中首次提出了分离式释放地震内力的建筑结构体系。“建筑物消震装置”和“建筑物抗震减零装置”不仅完全适用于新建筑结构，同时也适用于使用中的已经建成的建筑结构的减震、抗震、消零措施。它的适用范围大，无论是工业建筑和民用建筑、铁路桥梁和公路桥梁，还是塔式和倒摆式结构等建筑

5、结构都可适用。2.2建筑结构抗震设计力学理论新技术的应用“建筑物消零装置”在建筑物基础遭到地震爆发时能够起到安全保护的作用，它能够从任一方向彻底切断地震波冲击建筑物基础的传力路线，确保建筑物基础安全，从而使建筑物上部结构不会出现倾斜与倒塌。通过将“建筑物消零装置”与“建筑物抗震减震装置”相结合，还能更加有效的保证高层建筑的安全使用。这种新技术还可用于旧建筑物的消震保护，尤其对展览馆、大会堂、影剧院、大礼堂等这类五十年代到八十年代的旧建筑物，对于那些无法抗震加固的古建筑和大型建筑的消震保护也十分奏效。这种新技术在不影响古旧建筑物的使用和不用搬迁的情况下进行，比常规抗震加固要安全得多，同时还能节省

6、出近一半的投资，就是用于新建筑也能比常规设计剩下五分之一的投资。3高层建筑的结构体系3.1剪力墙体系5建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,剪力墙(抗震规范称之为抗震墙)墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平荷载。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。剪力墙结构体系有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架结构有更好的抗侧力能力,因此,可建造较高的建筑物。3.2框架-剪力墙体系当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架-剪力墙体系。在承

7、受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。3.3筒体体系凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系,包括单筒体、筒体-框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体,空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构