高层建筑结构抗震动力分析

 

针对高层建筑在抗震研究方面的薄弱点

,本论文重点从结构抗震设计的角度对高层建筑的抗

震设计进行了分析

 探讨,首先简要介绍了我国当前高层建筑抗震设计中存在的问题 , 并在此

基础上重点对高层建筑的抗震特点进行了动力分析

,提出 了若干具体的结构抗震设计方法与

措施

,对于进一步提高我国高 层建筑的结构抗震设计水平及其应用水平具有一定借鉴意义。 

【关键词】高层建筑

 结构抗震 动力分析 

1

 

、 目前高层建筑抗震设计中存在的问题我国高层建筑的

 结构材料一直以钢筋混凝土为主。

随着设计思想的不断更新

,结 构体系日趋多样化,建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂,出

 

现了许多超高超限钢筋混凝土建筑

,这就给高层建筑的结构分析 与设计提出了更高的要求。

尤其是在抗震设防地区

,如何准确地 对这些复杂结构体系进行抗震分析以及抗震设计,已成

为高层建

 筑研究领域的主要课题之一。 近年来,许多科研和软件设计人员对高层建筑结构进

行的大

 量的分析与研究,目前我国已有多种高层建筑结构分析设计软件, 如中国建筑科学研

究院结构所研制的

 TBSA、TAT、SATWE,清华大 学建筑设计研究院研制的 TUS,广东省建筑

设计研究院研制的广

 厦 CAD 等,为高层建筑的结构分析与抗震设计提供了方便、高效 的计

算分析手段。但是

,在建筑功能等要求复杂多样化的今天, 工程设计中经常会遇到一些问题,如

果简单地直接应用设计软件

 计算设计,可能会出现不必要的浪费,有的甚至造成工程事故,这

 

就要求结构工程师不断积累经验

,运用概念设计的原则,结合理 论分析与试验数据对具体工

程一些特殊问题具体分析、具体处

 理 

二、高层建筑结构抗震结构设计分析

 1.设计阶段的结 构动力特性分析。高层建筑进入初步设

计阶段后

,首先按方案阶 段确定的结构布置进行计算分析。计算模型取自±0. 000 至塔 顶,假

定楼板为平面内刚度无限大

,其地震反应分析基本参数列 于,以及可以看出,随着楼层高度的

增加

,结构 X 方向(纵向)自振 周期及地震力基本正常,而结构 Y 方向(横向)自振周期偏长、结

 

构刚度偏低

,对应于水平地震作用的剪力较小,结构的抗震能力 偏弱,结构偏于不安全。 为增

加

 Y 方向(横向)的抗侧移刚度,提高 其抗震能力,在现代高层建筑的设计中,可以在建筑核心

筒的两

 侧增设四道剪力墙。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002)和《建筑抗震设

计规范》

(GB50011-2001),抗震设计 时,框架-剪力墙结构中剪力墙的数量必须满足一定要求,

在地震

 作用时剪力墙作为第一道抗震防线必须承担大部分的水平力。 但 这并不意味着框架

部分可以设计得很弱

,而是框架部分作为第二 道防线必须具备一定的抗侧力能力,在大震作

用下第一道抗震防

 线剪力墙遭受破坏时,整个结构仍具备一定的抵抗能力,不至于 立即破坏

倒塌

,这就需要在结构计算时,对框架部分所承担的剪 力进行适当调整。 2.结构抗震设计方法

探讨。

 2. 1 结构抗震设计的基本步骤。对建筑抗震的三个水准设防 要求,是通过“两阶段”设计

来实现的

,其方法步骤如下:第一阶 段设计:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先

计算

 出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、 重力荷载效应组合, 并引入承载力抗震调

整系数

,进行构件截面设计,从而满足第一 水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计

算出结构的层

 间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的 抗震构造措施,

保证结构具有足够的延性、

 变形能力和塑性耗能, 从而自动满足第二水准的变形要求。第二

阶段设计

:采用与第三 水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震 薄弱环

节

)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值,并采 用必要的抗震构造措施,从而满足第

三水准的防倒塌要求。

 2. 2 结构抗震设计方法。 2. 2. 1 基础的抗震设计。基础是实现高层建筑

安全性的重要

 条件。我国高层建筑通常采用钢筋混凝土连续地基梁形式,在基 础梁的设计中,

为充分发挥钢筋的抗拉性和混凝土的抗压性的复

 合效应,把设计重点放在梁的高度和钢筋的

用量上

,在钢筋的布 置上采用主筋、腹筋、肋筋、基础筋、基础辅筋 5 种钢筋的结合。 为防止基

础钢筋的生锈

,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面 是增加钢筋表面的保护层厚度,以抑止