论高层建筑结构抗震优化设计

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1、论高层建筑结构抗震优化设计　　【摘要】高层抗震结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何一个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。为此，文章论述了高层建筑结构抗震的具体优化方法。【关键词】高层建筑结构抗震优化设计中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：近几年来，地震带来的灾害有目共睹，有不少的高层建筑遭到了损坏和倒塌，但也给人们对于震害中高层建筑的破坏规律提供了分析和研究的依据。人们也惊喜的看到，在最近的全球发生的大地震中，高层建筑往往不是破坏最为严重的。正确的设计和良好的施工能让高层建筑具有较高的抗震性能，高层建

2、筑一旦垮塌，会带来更加严重的人员伤亡和经济损失的。总之，做好高层建筑结构抗震的优化设计很有必要。一、高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容7在罕遇地震作用下，抗震结构都会部分进入塑性状态，为了满足大震作用下结构的功能要求，有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分，但是由于结构弹塑性分析的复杂性，在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上，各国的做法也有所不同。我国现行抗震规范(GB50021-2001)要求高层建筑的抗震计算主要是

3、在多遇地震作用下(小震)，按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时，要用时程分析法补充计算，并进行大震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结构设计，再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法，即为所谓的二阶段设‘方法，同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析(时程分析)和弹塑性静力分析(推力计算)两大类。高层建筑结构抗震设计中经常出现的问题1、地基选取不合理。地震造成建筑物破坏的情况是多种多样的，在城市空间相对狭小的地方，地基选择不合理，若

4、进行工程措施预防有时很难达到效果，或者代价昂贵。因此，在工程选址时，要对地质状况进行详细的勘察，搞清楚地质状况，并避开对建筑物抗震不利的地段，选择开阔平坦地带，坚硬土地上，防止地震中因地基选择不合理引起人员伤亡或较大的经济损失。72、材料选用不科学。在材料的选择上，要从结构整体性上出发，改变过去对结构抗震设计只考虑荷载的不确定性，要综合材料的性能参数。在我国建筑钢材的品种不断增多，钢结构的加工制作能力有不断的提高，因此在有条件的地方，要尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构或钢结构等，以减少柱的断面尺寸，改善结构的抗震性；在超过一定高度后，钢结构质量小而且较柔，为了

5、减轻风荷载作用而出现的共振就要采用混凝土材料，在变形控制中，以钢筋混凝土结构的位移限制为基准。可见，为了加强高层建筑物的抗震设计必须做好材料的选择。3、抗震设防烈度低。水平地震作用是双向的，可以使结构沿平面上的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，过大的变形肯定会导致结构的破坏和失稳。4、高度问题。在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物，应当采取科学的态度：一要有专家论证，二要有模型振动台试验。7在地震力作用下，超高限建筑

6、物的变形破坏性态会发生很大的变化。因为随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。5、轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比两使柱的断面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎，柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差。当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在框架中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进

7、入屈服的可能缝就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底部几层柱虽然长细比小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比≤2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。抗震优化设计选择合理的结构体系。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架一剪力墙结构由延性框架、剪力墙，双肢或多肢剪力墙体系组成。72、减小地震能量的输入