建筑設計論文：高層建筑結(jié)構(gòu)抗震動力分析

1、 建筑設計論文：高層建筑結(jié)構(gòu)抗震動力分析【摘要】針對高層建筑在抗震研究方面的薄弱點,本論文重點從結(jié)構(gòu)抗震設計的角度對高層建筑的抗震設計進行了分析探討,首先簡要介紹了我國當前高層建筑抗震設計中存在的問題,并在此基礎上重點對高層建筑的抗震特點進行了動力分析,提出了若干具體的結(jié)構(gòu)抗震設計方法與措施,對于進一步提高我國高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設計水平及其應用水平具有一定借鑒意義。【關鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)抗震動力分析一、目前前高層建建筑抗震震設計中中存在的的問題我我國高層層建筑的的結(jié)構(gòu)材材料一直直以鋼筋筋混凝土土為主。隨隨著設計計思想的的不斷更更新,結(jié)結(jié)構(gòu)體系系日趨多多樣化,建筑平平面布置置與豎向向體型也也越來

2、越越復雜,出現(xiàn)了了許多超超高超限限鋼筋混混凝土建建筑,這這就給高高層建筑筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析與與設計提提出了更更高的要要求。尤尤其是在在抗震設設防地區(qū)區(qū),如何何準確地地對這些些復雜結(jié)結(jié)構(gòu)體系系進行抗抗震分析析以及抗抗震設計計,已成成為高層層建筑研研究領域域的主要要課題之之一。近年來,許許多科研研和軟件件設計人人員對高高層建筑筑結(jié)構(gòu)進進行的大大量的分分析與研研究,目目前我國國已有多多種高層層建筑結(jié)結(jié)構(gòu)分析析設計軟軟件,如如中國建建筑科學學研究院院結(jié)構(gòu)所所研制的的TBSSA、TTAT、SSATWWE,清清華大學學建筑設設計研究究院研制制的TUUS,廣廣東省建建筑設計計研究院院研制的的廣廈CCAD等等,為

3、高高層建筑筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析與與抗震設設計提供供了方便便、高效效的計算算分析手手段。但但是,在在建筑功功能等要要求復雜雜多樣化化的今天天,工程程設計中中經(jīng)常會會遇到一一些問題題,如果果簡單地地直接應應用設計計軟件計計算設計計,可能能會出現(xiàn)現(xiàn)不必要要的浪費費,有的的甚至造造成工程程事故,這就要要求結(jié)構(gòu)構(gòu)工程師師不斷積積累經(jīng)驗驗,運用用概念設設計的原原則,結(jié)結(jié)合理論論分析與與試驗數(shù)數(shù)據(jù)對具具體工程程一些特特殊問題題具體分分析、具具體處理理。二、高高層建筑筑結(jié)構(gòu)抗抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)設計分分析1.設計階階段的結(jié)結(jié)構(gòu)動力力特性分分析。高高層建筑筑進入初初步設計計階段后后,首先先按方案案階段確確定的結(jié)結(jié)構(gòu)布置置進行計

4、計算分析析。計算算模型取取自0. 0000至塔頂頂,假定定樓板為為平面內(nèi)內(nèi)剛度無無限大,其地震震反應分分析基本本參數(shù)列列于,以以及可以以看出,隨著樓樓層高度度的增加加,結(jié)構(gòu)構(gòu)X方向向(縱向向)自振振周期及及地震力力基本正正常,而而結(jié)構(gòu)YY方向(橫向)自振周周期偏長長、結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度偏偏低,對對應于水水平地震震作用的的剪力較較小,結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗震能力力偏弱,結(jié)構(gòu)偏偏于不安安全。為為增加YY方向(橫向)的抗側(cè)側(cè)移剛度度,提高高其抗震震能力,在現(xiàn)代代高層建建筑的設設計中,可以在在建筑核核心筒的的兩側(cè)增增設四道道剪力墻墻。根據(jù)據(jù)高層層建筑混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)技術術規(guī)程(JGJJ3-220022)和建建筑抗震震設計

5、規(guī)規(guī)范(GB5500111-220011),抗抗震設計計時,框框架-剪剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)中剪剪力墻的的數(shù)量必必須滿足足一定要要求,在在地震作作用時剪剪力墻作作為第一一道抗震震防線必必須承擔擔大部分分的水平平力。但但這并不不意味著著框架部部分可以以設計得得很弱,而是框框架部分分作為第第二道防防線必須須具備一一定的抗抗側(cè)力能能力,在在大震作作用下第第一道抗抗震防線線剪力墻墻遭受破破壞時,整個結(jié)結(jié)構(gòu)仍具具備一定定的抵抗抗能力,不至于于立即破破壞倒塌塌,這就就需要在在結(jié)構(gòu)計計算時,對框架架部分所所承擔的的剪力進進行適當當調(diào)整。結(jié)構(gòu)抗震設設計方法法探討。 2. 1結(jié)結(jié)構(gòu)抗震震設計的的基本步步驟。對對建筑抗抗震

6、的三三個水準準設防要要求,是是通過“兩階段段”設計來來實現(xiàn)的的,其方方法步驟驟如下:第一階階段設計計:第一一步采用用與第一一水準烈烈度相應應的地震震動參數(shù)數(shù),先計計算出結(jié)結(jié)構(gòu)在彈彈性狀態(tài)態(tài)下的地地震作用用效應,與風、重重力荷載載效應組組合,并并引入承承載力抗抗震調(diào)整整系數(shù),進行構(gòu)構(gòu)件截面面設計,從而滿滿足第一一水準的的強度要要求;第第二步是是采用同同一地震震動參數(shù)數(shù)計算出出結(jié)構(gòu)的的層間位位移角,使其不不超過抗抗震規(guī)范范所規(guī)定定的限值值;同時時采用相相應的抗抗震構(gòu)造造措施,保證結(jié)結(jié)構(gòu)具有有足夠的的延性、變變形能力力和塑性性耗能,從而自自動滿足足第二水水準的變變形要求求。第二二階段設設計:采采用與

7、第第三水準準相對應應的地震震動參數(shù)數(shù),計算算出結(jié)構(gòu)構(gòu)(特別別是柔弱弱樓層和和抗震薄薄弱環(huán)節(jié)節(jié))的彈彈塑性層層間位移移角,使使之小于于抗震規(guī)規(guī)范的限限值,并并采用必必要的抗抗震構(gòu)造造措施,從而滿滿足第三三水準的的防倒塌塌要求。 2. 2結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震設設計方法法。 2. 2. 1基礎礎的抗震震設計。基基礎是實實現(xiàn)高層層建筑安安全性的的重要條條件。我我國高層層建筑通通常采用用鋼筋混混凝土連連續(xù)地基基梁形式式,在基基礎梁的的設計中中,為充充分發(fā)揮揮鋼筋的的抗拉性性和混凝凝土的抗抗壓性的的復合效效應,把把設計重重點放在在梁的高高度和鋼鋼筋的用用量上,在鋼筋筋的布置置上采用用主筋、腹腹筋、肋肋筋、基基礎筋、

8、基基礎輔筋筋5種鋼鋼筋的結(jié)結(jié)合。為為防止基基礎鋼筋筋的生銹銹,一方方面采用用耐酸化化的混凝凝土,另另一方面面是增加加鋼筋表表面的保保護層厚厚度,以以抑止鋼鋼筋的腐腐蝕。高高層建筑筑基礎處處理的另另一個特特色是鋼鋼制基礎礎結(jié)合墊墊塊的應應用,它它是高層層建筑上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)柱與基基礎相連連的重要要結(jié)構(gòu)部部件。它它的功能能之一是是使具有有吸濕性性的混凝凝土基礎礎和鋼制制結(jié)構(gòu)柱柱及上部部建筑相相分離,有效防防止結(jié)構(gòu)構(gòu)體的銹銹蝕,確確保部件件的耐久久性。 2. 2. 2鋼結(jié)結(jié)構(gòu)骨架架的抗震震設計。采采用鋼框框架結(jié)合合點柱壁壁局部加加厚技術術來提高高結(jié)構(gòu)抗抗震性能能。一般般鋼框架架結(jié)構(gòu),梁和柱柱結(jié)合點點通常

9、是是柱上加加焊鋼制制隅撐與與梁端用用螺栓緊緊固連接接。在這這種方式式下,鋼鋼柱必須須在結(jié)合合部被切切斷,加加焊隅撐撐后再結(jié)結(jié)合,這這樣做技技術上的的不穩(wěn)定定性和材材料品質(zhì)質(zhì)不齊全全的可能能性很大大,而且且遇到大大地震,鋼柱結(jié)結(jié)合部折折斷的危危險性很很大。鑒鑒于此,可以首首先該結(jié)結(jié)構(gòu)的梁梁柱采用用高密度度鋼材,以發(fā)揮揮其高強強抗震、抗抗拉和耐耐久性。柱柱壁增厚厚法避免免斷柱形形式,對對二、三三層的獨獨立住宅宅而言,結(jié)構(gòu)柱柱可以一一貫到底底,從而而解決易易折問題題。與梁梁結(jié)合部部柱壁達達到兩倍倍厚,所所采用的的是高頻頻加熱引引導增厚厚技術。在在制造過過程中品品質(zhì)易下下降的鋼鋼管經(jīng)過過加熱處處理反而

10、而使材料料本來所所具有的的拉伸強強度得以以恢復。對對于地震震時易產(chǎn)產(chǎn)生的應應力集中中,柱的的增厚部部位能發(fā)發(fā)揮很大大的阻抗抗能力,從而提提高和強強化了結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗震性。2.2.33墻體的的抗震設設計?！叭弦灰弧蓖鈮Y(jié)結(jié)構(gòu)體系系,首先先是由日日本專家家設計應應用的,采用外外墻結(jié)構(gòu)構(gòu)柱與兩兩側(cè)外墻墻板鋼框框架組合合形成的的“三合一一”整體承承重的結(jié)結(jié)構(gòu)體系系。該體體系不僅僅僅用柱柱和梁來來支撐高高層建筑筑,而是是利用墻墻體鋼框框架與結(jié)結(jié)構(gòu)柱結(jié)結(jié)合,有有效地承承受來自自垂直方方向與水水平方向向的荷載載。由于于外墻板板鋼框架架的補強強作用,該做法法可以較較好地發(fā)發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)柱設計計值以外外的補強強承載

11、力力。加強強了對豎豎向地震震力及雪雪荷載的的抵抗能能力,最最大限度度地發(fā)揮揮其抗震震優(yōu)勢;另一方方面,由由于外墻墻板鋼框框架與內(nèi)內(nèi)部斜拉拉桿所構(gòu)構(gòu)成“面”承載與與結(jié)構(gòu)柱柱的結(jié)合合并用,也提高高了整體體抗側(cè)推推力和抗抗變形能能力。它它的抗水水平風載載和地震震力的能能力比單單純墻體體承重體體系提高高30%左右。三、結(jié)語語高層建筑已已經(jīng)逐漸漸成為當當前時代代建筑發(fā)發(fā)展的主主流建筑筑形態(tài)之之一,對對于高層層建筑,其抗震震效能的的分析一一直是國國內(nèi)外建建筑抗震震設計分分析的研研究熱點點,而最最直接最最有效的的抗震措措施就是是在建筑筑設計階階段進行行結(jié)構(gòu)抗抗震設計計,只有有從高層層建筑物物內(nèi)部實實施結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震,才能夠夠從根本本上提高高高層建建筑的抗抗震效能能。本論論文從高高層建筑筑結(jié)構(gòu)設設計的角角度進行行了抗震震分析,對于具具體的高高層建筑筑抗震設設計具有有一定指指導和借借鑒意義義。參考文獻:1李忠忠獻.高高層建筑筑結(jié)構(gòu)及及其設計計理論M.北京:科學出出版社,20006.2吳鎂鎂