高层建筑钢筋混凝土框架抗震设计探究

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1、高层建筑钢筋混凝土框架抗震设计探究　　摘要：地震灾害造成的建筑物破坏是造成经济损失和人员伤亡的直接因素。随着社会经济的快速发展，我国高层建筑钢筋混凝土框架结构越来越多，在地震灾害中由于高层建筑倒塌或破坏等造成的经济损失和人员伤亡等问题逐渐受到广大学者的关注。建筑物抗震能力是指在地震灾害下抗御倒塌和减少损伤的能力。本文主要研究高层建筑钢筋混凝土框架的抗震设计方法。关键词：高层建筑；钢筋混凝土框架；抗震设计中图分类号：TU97文献标识码：A2008年5月12日四川汶川和2013年4月20日四川雅安发生的地震是近年来波及范围最广、破坏性最强的地震灾害，

2、均有钢筋混凝土框架高层建筑震害实例，虽然建筑倒塌较少，保证了震害地区人员的健康生命安全，但框架结构在功能和构件中均遭到破坏，造成严重的经济损失。抗震性能水平要求和设计方法是本文研究的重点。一、抗震设计的性能水平要求5高层建筑钢筋混凝土框架抗震设计的性能水平包括防止倒塌、人身安全、可以使用和正常使用[1]。侧移角限值≤1/50时，表示防止建筑倒塌；侧移角限值≤1/200时，表示能保证生命安全；侧移角限值≤1/300时，表示建筑框架可以使用；侧移角限值≤1/500时表示建筑框架能正常使用。正常使用水平的要求是建筑框架在8度小震下保持弹性状态，框架等效

3、位移为31.43mm，等效质量为0.728kN·s2/mm，延性系数为1.0，等效阻尼为0.05，框架等效周期为1.51s，水平地震影响系数的最大值为0.159，框架等效刚度为14.37kN/mm，框架总基底剪力为390.83kN。可以使用水平的标准是建筑框架在7度地震下，框架等效位移为57.61mm，等效质量为0.728kN·s2/mm，等效阻尼为57.61mm，框架等效周期为2.045s，水平地震影响系数的最大值为0.22，框架等效刚度为13.38kN/mm，框架总基底剪力为458.58kN。人身安全水平的要求时建筑框架在8度地震下框架总基底

4、剪力为970.025kN。二、等效单自由度体系5高层建筑钢筋混凝土框架的抗震设计应当首先确定框架的侧移模式，将旧有的多自由度体系向等效单自由度体系转换。确定框架的侧移模式时应当确定其能反映各个阶段的框架变形特点，尤其是弹塑性阶段的框架变形特点。满足以下条件时可将旧有的多自由度体系向等效单自由度体系转换：(1)两种体系中水平地震力的做功相等；(2)等效单自由度体系和多自由度体系在地震灾害下基底剪力相同；(3)旧有的多自由体系按照确定的框架侧移模式出现变形。设计时应当将具有阻尼比的塑性、弹性位移反应谱作为设计基础，运用折减系数对地震弹性灾害进行折减，

5、作为框架的非线性特征。三、延性设计高层建筑钢筋混凝土框架抗震设计中最重要的指标是延性，延性设计主要研究框架屈服后结构与构件的延性因素。地震灾害下高层建筑钢筋混凝土框架的变形主要包括框架的弹性侧移、柱和梁的塑性侧移、节点区内钢筋的侧移滑移等。高层建筑钢筋混凝土框架的柱延性设计时，弯曲变形框架构件的变形能力取决于配箍特征值和构件轴压比。高层建筑钢筋混凝土框架的梁延性设计时，主要考虑梁构件的配箍特征值、极限压力下混凝土的应变能力、屈服压力下钢筋的应变能力、梁构件的塑性等效铰长度。四、抗震设计步骤5对高层建筑钢筋混凝土框架进行抗震设计时，首先应确定构件的

6、截面尺寸、材料的强度等级、框架结构的层高和柱网尺寸。根据建筑物业主的要求确定框架抗震能力的性能目标，将层间角限值确定为框架性能水准的评估指标。目前我国高层建筑钢筋混凝土框架抗震能力设计规范以保证人民生命安全为目标，确立的设防目标是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。确定各层间角限值的侧移曲线和等效单自由度体系的目标位移和等效质量。确定等效单自由度体系的位移延性估计值、屈服点和框架等效阻尼比。计算框架塑弹性的力折减系数和等效周期，确定塑弹性位移反应谱的估计值，将等效周期折减，保证框架在发生塑弹性变形时出现的屈服荷载与弹性阶段受到的地震力相等。确定等效

7、周期和等效质量后，确定框架的等效刚度，然后计算出框架的底部总剪力，将底部总剪力分配到各个楼层，得到地震作用。根据框架抗震能力指标，计算出框架在不同强度的地震作用和不同水准时各个楼层的剪力，将各个楼层的剪力集中作用于各楼层处，计算出各楼层的侧移角限值，通过修正框架构件的截面尺寸来使侧移角限值达到要求。侧移角限值达到标准要求后，将各楼层间的剪力分配到各楼层主要的受力框架构件中，将框架重力的荷载效应和水平地震的作用效应相结合，计算出框架配筋和框架构件的承载力。确定好高层建筑各楼层主要的框架承载力后，确定钢筋混凝土框架的延性系数，计算出各楼层的柱目标侧移

8、角、梁目标侧移角、柱配箍特征值和梁配箍特征值。结束语：提高高层建筑钢筋混凝土框架的抗震能力是未来高层建筑的设计方向[2]。因此研究高层建