高层建筑结构抗震-分析与优化设计

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1、堕窒蕉篓型堇盔堂三壅塑圭堂垡笙塞一一高层建筑结构抗震分析与优化设计1．绪论1．1高层建筑结构体系的发展⋯。3．11高层建筑结构的发展沿革高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的，是城市和工商业发展的结果，而建筑技术的进步，轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的应用，又为高层建筑的发展提供了物质和技术基础。世界上第一幢近代高层建筑是美国芝加哥的家庭保险大楼(HomeInsuranceBuilding)，建于1885年，高55米(i0层)，采用铁柱和砖墙。1931年建造的纽约帝国大厦(ImpireStateBuiiding)，102层，高381米．保

2、持了世界最高建筑记录达41年之久，该建筑在结构体系上采用框架支撑体系，钢结构重j．7万吨，单位建筑面积用钢量几乎是现在类似建筑的一倍。60年代以来，高层建筑在许多国家和地区迅速发展，60年代末70年代初建成了110层、高41j米和417米的纽约世界贸易中心双塔楼(WorldTradeCenterTwinTowers)．110层、高443米的芝加哥西尔斯大厦(SearsTower)等一批100层以上建筑，是这个时期最有代表性的建筑物。它们之所以能够达到新的高度，是因为采用了适应这种高度的新的结构体系。60年代美国坎恩(FazlerR·Khan)提出的框简体系，为建造超高层建筑提供

3、了理想的结构形式。从这种体系衍生出来的筒中筒、多束筒和斜撑筒等体系，各有特色，将高层建筑的发展推向了新阶段。纽约世界贸易中心在规模和技术上进行了创新，该工程首次进行了模型风洞试验，采用了压型钢板组合楼板，在楼梯井道采用了轻质防火隔墙，首次用粘弹性阻尼器减震，对后来的高层建筑都有重要意义。建成于1996年的彼得罗纳斯大厦位于马来西亚吉隆坡，9j层，450m，是目前已建成的世界最高建筑。美国、日本都在研究、设计500m高度以上的建筑甚至巨型结构。在总结前一时期高层建筑结构设计经验的基础上，各国家和地区相继颁布了新的高层建筑设计施工规程、规范。1．12高层建筑结构的发展趋势1．钢筋混

4、凝土材料重新得到重视进入90年代以来，美国、日本等原来从高层钢结构起步的国家则大力发展钢筋混凝土结构。与钢结构相比，钢筋混凝士结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高温、耐火、维护方便等优点，此外，即使是在美、日等钢铁工业发达的国家，钢筋混凝土造价还是低于钢结构。特别是20～40层住宅，多采用钢筋混凝土框架或框架一剪力墙结构。我国截止1995年建成的lOOm以上建筑中，94．1％为钢筋混凝土现浇结构，只有3．1％采用钢西安建筑科技大学工程硕士学位论文结构。轻混凝土、高强混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成熟。2．组合结构高层建筑将增多采用组合结构可建造

5、比混凝土结构更高的建筑。在强震国家日本，组合结构高层建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用广泛，大阪己建成36层的钢管混凝土高层建筑。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。巨形组合柱首次在香港中国银行(BankofChina)应用，获得很大经济效益，随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进，组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。3．新型结构形式的应用将增多框架体系、剪力墙体系和框架一一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。筒体结构出现于本世纪60年代，它的问世对高层建筑的发展有重要影响。根据筒体的不同组成方式，分为框简体系、筒中篙体系和多柬

6、筒体系三种类型。本世纪80年代发展起来巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构。4．智能建筑的出现与发展现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生，在高层建筑中有更广阔的应用前景，一栋大楼或一个建筑群中拥有居住、工作、教育、医疗、娱乐等～切设旖，并具有供暖、通风、照明、保安、消防、电梯控制和智能监控等子系统，并通过网络、通讯设备与外界密切联系，可以为楼字内居住人员提供更加富有创造性，更高效率和更为安全舒适的环境，这就是智能建筑。自1984年美国康奈涅格州哈特福德市建成首座智能大厦以来，在世界各地都掀起热潮，我国也在积极发展建设智能建筑。1．2高层建筑结构

7、的优化设计吲“㈣““””“”1．2．1结构优化设计的发展历程结构优化设计(SODStructuralOptimumDesign)是结构设计理论的重大发展。因为同一个设计任务，可以有多种不同的可用的设计方案，从所有可用方案中选出最满意的方案自然是理所当然的追求，任何情况下“择优而用”是人们无法回避的要求。远在古代，人们在工程实践中己萌生“优选”的思想。结构型式由梁演变到桁架、拱，就是人们在探索与寻求重量轻、材料省、受力好的合理结构形式中长期经验的总结。这种朴素的优化思想一直延续到上个世纪，18