高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法探究

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法探究高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法探究摘要：隨著對地震作用機理以及結(jié)構(gòu)自身性能認(rèn)識的不斷提高，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法也在不斷的得到改進(jìn)。本文從抗震機理出發(fā)，在分析地震作用特點基礎(chǔ)上，提出抗震設(shè)計思想，并分析了抗震設(shè)計的反應(yīng)譜法相關(guān)理論及特點，對于今后我國高層建筑抗震設(shè)計具有指導(dǎo)意義?！　　　∧壳半A段的抗震設(shè)計包括線性(彈性)和非線性(彈塑性和其他非線性性質(zhì))的設(shè)計方法，分別可以通過靜力和動力的分析過程得以實現(xiàn)，即線性靜力分析、線性動力分析、非線性靜力分析、非線性動力分析四種方法。彈性抗震設(shè)計方法可以保證結(jié)構(gòu)在常

2、遇地震下的正常使用功能?？梢源_定在設(shè)計地震下，結(jié)構(gòu)的強度、變形和舒適度等是否滿足規(guī)范的要求。可以為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加固補強提供最直接的依據(jù)。彈塑性抗震設(shè)計可以防止結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下失效。本文主要探討了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法，以及重點介紹了抗震設(shè)計的反應(yīng)譜方法。　　地震作用特點　　地震作用隨著地震成因的不同，有著許多自身的特性，主要表現(xiàn)為間接性、復(fù)雜性、隨機性和藕連性等特點。實際的地震地面運動，不僅有兩個方向的運動分量，而且有豎向運動分量和轉(zhuǎn)動分量。各種分量的相互關(guān)系與地震的震源機制、傳播途徑有關(guān)，既十分復(fù)雜，又有明顯的隨機性和不確

3、定性。在復(fù)雜的地震地面運動下，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生巨大的慣性力。地震作用的大小，不僅依賴于地面運動的強弱，還與結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量、剛度、強度有直接的關(guān)系，加之非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，特別是結(jié)構(gòu)在強烈地震下進(jìn)入非彈性階段，確實難以采用精確的計算分析方法?！　≡诂F(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)水平下，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，對地震作用的計算，還只能在較合理和相對科學(xué)的基礎(chǔ)上，盡可能吸收結(jié)構(gòu)動力學(xué)的最新研究成果采取一定的簡化，而不追求過高的計算精度。同時大量的震害表明，水平地震作用通常是最主要的地震作用。　　設(shè)計思想　　鑒于地震作用具有以上特點，建筑抗震設(shè)計要考慮一個地區(qū)既要

4、有發(fā)生小震的可能，也要考慮發(fā)生大震的可能，并根據(jù)安全和經(jīng)濟的原則進(jìn)行抗震設(shè)防，這就是抗震設(shè)計要確定的設(shè)計思想[1]。這個抗震設(shè)防思想是在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中確定的，并在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011．XX1中繼續(xù)采納?！　〉谝凰疁?zhǔn)：當(dāng)建筑物遭遇低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震(或稱“小震”)影響時，建筑物一般不損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用?！　〉诙疁?zhǔn)：當(dāng)遭受本地區(qū)設(shè)防烈度(或基本烈度)地震作用時，允許結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到或超過屈服極限，經(jīng)過一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用?！　〉谌疁?zhǔn)：當(dāng)遭遇高于本地設(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震(或稱大震)影

5、響時，建筑物不倒塌或不發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。一個地區(qū)發(fā)生超過預(yù)期的強烈地震是可能的，因此，建筑物在使用期內(nèi)，應(yīng)考慮一旦遇到這種大震而不致倒塌?！　∪疁?zhǔn)設(shè)防目標(biāo)充分反映了對建筑結(jié)構(gòu)的安全合理性和經(jīng)濟性。結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，材料彈塑性變形就可以吸收并耗散地震能量，結(jié)構(gòu)相對變“柔”。延性結(jié)構(gòu)利用塑性變形而不是利用單純結(jié)構(gòu)強度來抵抗地震，這樣可節(jié)約材料，也足夠安全。　　在罕遇地震作用下，只要結(jié)構(gòu)不倒塌，便可保護(hù)人們的生命和財產(chǎn)安全?？拐鹩嬎愕哪康氖怯枚糠椒ü烙嫷卣鸱磻?yīng)，以保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和承載能力。我國抗震規(guī)范要求高層建筑的抗震

6、計算主要是在多遇地震作用下，按反應(yīng)譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內(nèi)力和位移，并用極限狀態(tài)方法設(shè)計構(gòu)件；對于重要建筑或有特殊要求時，要用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析方法補充計算，并進(jìn)行大震作用下的變形驗算。這種先用多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，再校核在大震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性變形的設(shè)計方法，即為兩階段設(shè)計方法?！　「鶕?jù)地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)，求出該結(jié)構(gòu)體系的慣性結(jié)構(gòu)力，將此慣性力視作為一種反應(yīng)地震影響的等效力，即地震作用，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜力計算，求出各構(gòu)件的內(nèi)力，進(jìn)行抗震驗算，從而使結(jié)構(gòu)抗震計算這一動力問題轉(zhuǎn)化成相當(dāng)于靜力作

7、用下的靜力計算問題，這種方法稱為反應(yīng)譜法[2]。　　由于反應(yīng)譜方法與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法比較接近，因此得到了廣泛的應(yīng)用。各國規(guī)范中都給出了設(shè)計反應(yīng)譜的方法。我國抗震規(guī)范給出了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計反應(yīng)譜曲線。地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計算地震作用的基礎(chǔ)，即通過反應(yīng)譜把隨時程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。地震反應(yīng)譜是給定的地震加速度作用期間內(nèi)，單質(zhì)點體系彈性最大反應(yīng)隨質(zhì)點自振周期變化的曲線。設(shè)計反應(yīng)譜曲線是通過單質(zhì)點體系的動力計算得到的?！　钨|(zhì)點體系，在地面加速度作用下，質(zhì)點運動方程：　　(1)　　式中m,c,k為質(zhì)點的質(zhì)量，阻尼系數(shù)，剛度系數(shù)；分

8、別為質(zhì)點的位移、速度、加速度，均為時間的函數(shù)，為地面運動的加速度，是時間的函數(shù)，如果地面運動已知，便可求出質(zhì)點的位移、速度、加速度反應(yīng)，反應(yīng)的最大值分別表示為sd，sv,sa。當(dāng)質(zhì)點體系的自振周期改變時，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)就會得到不同的最大反應(yīng)譜?！　“凑?/p>