高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法探究

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法探究高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法探究摘要：隨著對地震作用機(jī)理以及結(jié)構(gòu)自身性能認(rèn)識(shí)的不斷提高，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法也在不斷的得到改進(jìn)。本文從抗震機(jī)理出發(fā)，在分析地震作用特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出抗震設(shè)計(jì)思想，并分析了抗震設(shè)計(jì)的反應(yīng)譜法相關(guān)理論及特點(diǎn)，對于今后我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義?！　　　∧壳半A段的抗震設(shè)計(jì)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(jì)方法，分別可以通過靜力和動(dòng)力的分析過程得以實(shí)現(xiàn)，即線性靜力分析、線性動(dòng)力分析、非線性靜力分析、非線性動(dòng)力分析四種方法。彈性抗震設(shè)計(jì)方法可以保證結(jié)構(gòu)在常遇地震下的正常使用功能?？梢源_定在設(shè)計(jì)地震下，結(jié)構(gòu)

2、的強(qiáng)度、變形和舒適度等是否滿足規(guī)范的要求?？梢詾榻Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加固補(bǔ)強(qiáng)提供最直接的依據(jù)。彈塑性抗震設(shè)計(jì)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(jì)方法，以及重點(diǎn)介紹了抗震設(shè)計(jì)的反應(yīng)譜方法?！　〉卣鹱饔锰攸c(diǎn)　　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(jī)性和藕連性等特點(diǎn)。實(shí)際的地震地面運(yùn)動(dòng)，不僅有兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)分量，而且有豎向運(yùn)動(dòng)分量和轉(zhuǎn)動(dòng)分量。各種分量的相互關(guān)系與地震的震源機(jī)制、傳播途徑有關(guān)，既十分復(fù)雜，又有明顯的隨機(jī)性和不確定性。在復(fù)雜的地震地面運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱，還與

3、結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量、剛度、強(qiáng)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(qiáng)烈地震下進(jìn)入非彈性階段，確實(shí)難以采用精確的計(jì)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(jì)時(shí)，對地震作用的計(jì)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(dòng)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(jì)算精度。同時(shí)大量的震害表明，水平地震作用通常是最主要的地震作用?！　≡O(shè)計(jì)思想　　鑒于地震作用具有以上特點(diǎn)，建筑抗震設(shè)計(jì)要考慮一個(gè)地區(qū)既要有發(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(jì)的原則進(jìn)行抗震設(shè)防，這就是抗震設(shè)計(jì)要確定的設(shè)計(jì)思想[1]。這個(gè)抗震設(shè)防思想是在《建筑抗震設(shè)計(jì)

4、規(guī)范》中確定的，并在《建筑抗震設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)，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。　　第三水準(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)影響時(shí)，建筑物不倒塌或不發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。一個(gè)地區(qū)發(fā)生超過預(yù)期的強(qiáng)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(jì)

5、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(qiáng)度來抵抗地震，這樣可節(jié)約材料，也足夠安全?！　≡诤庇龅卣鹱饔孟拢灰Y(jié)構(gòu)不倒塌，便可保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全?？拐鹩?jì)算的目的是用定量方法估計(jì)地震反應(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計(jì)算主要是在多遇地震作用下，按反應(yīng)譜理論計(jì)算地震作用，用彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移，并用極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)構(gòu)件；對于重要建筑或有特殊要求時(shí)，要用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時(shí)程分析方法補(bǔ)充計(jì)算，并進(jìn)行大震作用下的變形驗(yàn)算。這種先用多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再

6、校核在大震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性變形的設(shè)計(jì)方法，即為兩階段設(shè)計(jì)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(jì)算，求出各構(gòu)件的內(nèi)力，進(jìn)行抗震驗(yàn)算，從而使結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算這一動(dòng)力問題轉(zhuǎn)化成相當(dāng)于靜力作用下的靜力計(jì)算問題，這種方法稱為反應(yīng)譜法[2]?！　∮捎诜磻?yīng)譜方法與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)反應(yīng)譜的方法。我國抗震規(guī)范給出了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線。地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)，即通過反應(yīng)譜把隨時(shí)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

7、定的地震加速度作用期間內(nèi)，單質(zhì)點(diǎn)體系彈性最大反應(yīng)隨質(zhì)點(diǎn)自振周期變化的曲線。設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線是通過單質(zhì)點(diǎn)體系的動(dòng)力計(jì)算得到的?！　钨|(zhì)點(diǎn)體系，在地面加速度作用下，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程：　　(1)　　式中m,c,k為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，阻尼系數(shù)，剛度系數(shù)；分別為質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度，均為時(shí)間的函數(shù)，為地面運(yùn)動(dòng)的加速度，是時(shí)間的函數(shù)，如果地面運(yùn)動(dòng)已知，便可求出質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)體系的自振周期改變時(shí)，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)就會(huì)得到不同的最大反應(yīng)譜?！　“凑?/p>