高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探究

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探究摘要：高層建筑結(jié)構(gòu)體系為滿足建筑的多功能和立面設(shè)計(jì)效果的豐富性，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文結(jié)合工程實(shí)例，通過對(duì)抗震目標(biāo)和建筑結(jié)構(gòu)體系的介紹，就建筑計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)、地震反應(yīng)譜、彈性和彈塑性進(jìn)行分析研究，供設(shè)計(jì)人員參考。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)分析；彈塑性時(shí)程；措施中圖分類號(hào)：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐不斷加快，建設(shè)用地日趨緊張，使得高層建筑的數(shù)量日益增加。新材料的出現(xiàn)及施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，為高層建筑發(fā)展提供良好條件的同時(shí)也對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)提出新的要求。近些年來不斷發(fā)生的地震災(zāi)害帶來了巨大的國民經(jīng)濟(jì)損失和人員的傷亡，對(duì)社會(huì)造成了嚴(yán)重

2、的負(fù)面影響。因此，通過合理有效的分析研究，采用各種措施來提高高層建筑的抗震性能，盡可能地減少地震災(zāi)害帶來的影響，對(duì)保證社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展及人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重大的意義。1工程概況某行政大樓，地下1層，地上8層，2層裙房，建筑總高度約32.2m，總建筑面積約15883m2?？拐鹪O(shè)防烈度為7度。82抗震性能目標(biāo)該工程為剛度及布置不相同的連體結(jié)構(gòu)，存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)等形態(tài)，屬于超限工程，須通過細(xì)致的分析，采取相應(yīng)的措施改善結(jié)構(gòu)性能。據(jù)此確定結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)。1)主體結(jié)構(gòu)滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。2)大震下主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生剪切和壓潰破壞，即在結(jié)構(gòu)層問位移角不超過彈塑

3、性位移角限值的情況下，主體結(jié)構(gòu)不得喪失抵抗重力荷載的能力。3)主體結(jié)構(gòu)不倒塌的情況下連接體不得垮塌。3結(jié)構(gòu)體系8針對(duì)工程特點(diǎn)，兩個(gè)塔樓均采用抗震性能較好的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，連廊采用強(qiáng)度高、變形性能好的鋼桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)地下室剛度大于上部結(jié)構(gòu)剛度的2倍，地下室頂板采用梁板結(jié)構(gòu)，厚200mm且雙層雙向配筋，使地下室頂板可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。設(shè)計(jì)中通過結(jié)構(gòu)布置使兩個(gè)塔樓的剛度、質(zhì)量及動(dòng)力特性盡量接近。連廊與主體結(jié)構(gòu)連接采取剛接，主體結(jié)構(gòu)中連廊對(duì)應(yīng)的部位設(shè)置剪力墻以加強(qiáng)連接。連接體桁架弦桿采用H型鋼，型鋼伸入兩端的剪力墻中，腹桿采用方鋼管，連廊樓板加厚至150mm并雙層雙向配筋，同時(shí)弦桿下翼緣平面加

4、設(shè)交叉支撐，以提高連廊平面外的穩(wěn)定性及抗彎能力。4結(jié)構(gòu)分析4.1計(jì)算模型參數(shù)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列SATWE模塊進(jìn)行多遇地震反應(yīng)譜分析和動(dòng)力彈性分析，EPDA模塊進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析。另外由于該工程屬于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，因此采用北京金土木軟件技術(shù)有限公司的ETABS(V9.0)和北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司的MIDAS進(jìn)行多遇地震反應(yīng)譜對(duì)比分析。梁柱采用空間桿單元，剪力墻和樓板采用殼單元，樓板采用彈性膜單元。彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析中鋼材的本構(gòu)關(guān)系采用雙線型，混凝土本構(gòu)關(guān)系采用三線型，彈塑性桿件采用纖維束模型，剪力墻采用非線性殼元，墻中鋼筋采用正交不耦聯(lián)異性薄膜模擬。計(jì)算中考慮雙向地震作

5、用的扭轉(zhuǎn)影響，同時(shí)考慮偶然偏心的影響并在地震作用最大方向附加地震作用。周期折減系數(shù)取0.85，梁剛度考慮樓板的作用而放大(中梁放大2倍，邊梁放大1.5倍)，連梁剛度折減系數(shù)取0.6。彈塑性時(shí)程分析采用三向地震波輸入(主方向1.O0，次方向0.85，豎向0.65)。4.2多遇地震反應(yīng)譜分析8在多遇地震作用下分別進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)(包含地下室)與兩個(gè)塔樓作為獨(dú)立的單體結(jié)構(gòu)(不包含地下室)對(duì)比分析，從分析結(jié)果可以看出，兩個(gè)塔樓的平面及布置雖然不同，但由于層數(shù)相同并且結(jié)構(gòu)布置相似，因此自振特性相當(dāng)接近，從而使得整個(gè)連體結(jié)構(gòu)的白振特性與單個(gè)塔樓的自振特性亦比較接近，同時(shí)各程序計(jì)算的結(jié)果也相當(dāng)接近，見表1。整

6、體計(jì)算的前兩個(gè)振型均為平動(dòng)振型，第一扭轉(zhuǎn)振型為結(jié)構(gòu)第三振型。第一扭轉(zhuǎn)振型與第一平動(dòng)振型的比值為O.83，滿足規(guī)范要求。剪重比>2.4％，層問位移角均<1／800，在考慮偶然偏心的情況下扭轉(zhuǎn)位移比均<1.4。結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的振動(dòng)形態(tài)無異常，無承載力及剛度突變，扭轉(zhuǎn)周期比、剪重比、層間位移角、扭轉(zhuǎn)位移比等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。表1整體結(jié)構(gòu)周期s4.3彈性動(dòng)力時(shí)程分析選取兩組實(shí)際地震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，所采用的地震波信息見表2，兩組實(shí)際記錄的峰值加速度修正值取55cm／s2，人工模擬曲線的峰值加速度為55cm／s2，場(chǎng)地特征周期采用0.55S，地震均采用雙向輸

7、入(1.00：0.85)，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)取0.02S，有效持續(xù)時(shí)間30S。其平均地震影響系數(shù)曲線均與規(guī)范反應(yīng)譜在統(tǒng)計(jì)意義上相符。表2彈性時(shí)程分析地震波彈性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果見表83，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力均不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65％，3條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80％。除頂層小塔樓由于邊梢效應(yīng)位移角較大外，其余樓層位移及