高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)分析

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)分析摘要：基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論是一種概念性的設(shè)計(jì)方式，根據(jù)建筑的抗震設(shè)防目標(biāo)，利用性能分析形成具體的結(jié)構(gòu)性參數(shù)，最終應(yīng)用在設(shè)計(jì)中。同時(shí)基于性能的抗震設(shè)計(jì)還具有經(jīng)濟(jì)性特征，設(shè)計(jì)中將性能目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)合理性結(jié)合起來(lái)，以此完成對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化?！　￡P(guān)鍵詞：性能特性抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防防震目標(biāo)　　一、基于性能特性研究的抗震設(shè)計(jì)理論概述　　1、基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)含義　　采用合理的抗震性能目標(biāo)和適應(yīng)性結(jié)構(gòu)抗震措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得建筑結(jié)構(gòu)在各種水準(zhǔn)地震的作用下形成的最終的破壞程度達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，即滿足業(yè)主或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)對(duì)工程項(xiàng)目

2、進(jìn)行生命周期的費(fèi)用效率分析，選擇并確定一種安全可靠且符合經(jīng)濟(jì)合理化的優(yōu)化平衡。從簡(jiǎn)單的含義上看，就是利用性能標(biāo)準(zhǔn)選擇結(jié)構(gòu)措施，并使之符合使用標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)。　　2、基于性能的抗震理論特征　　基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論實(shí)際上是一種在對(duì)地震災(zāi)害分析和對(duì)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)理論的反思的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，此理論的設(shè)計(jì)理念和方法與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，但是其設(shè)計(jì)的依據(jù)卻蘊(yùn)含來(lái)了現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論和經(jīng)驗(yàn)，具體的特征如下：　　1）支持采用多級(jí)設(shè)防的目標(biāo)，基于性能抗震設(shè)計(jì)理論提出了多級(jí)目標(biāo)設(shè)計(jì)的理念，此種分級(jí)方式即考慮到了生命安全也從經(jīng)濟(jì)性上考慮，最大限度的降低業(yè)主和社會(huì)的損失，保證在其可承受

3、的范圍內(nèi)，以此為基礎(chǔ)更加注重非結(jié)構(gòu)件和內(nèi)部設(shè)施的保護(hù)，將經(jīng)濟(jì)效益的機(jī)制引入到了設(shè)計(jì)中，利用經(jīng)濟(jì)決策方式通過(guò)進(jìn)行費(fèi)用效率分析，在可靠和經(jīng)濟(jì)之間需求平衡，以確定最佳的抗震方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的?！　?）擴(kuò)展空間，體現(xiàn)設(shè)計(jì)的個(gè)性化。設(shè)計(jì)人員就可以在此性能目標(biāo)的基礎(chǔ)上選擇設(shè)計(jì)方法，采用相應(yīng)的構(gòu)造措施，而此種設(shè)計(jì)更加的靈活，對(duì)調(diào)的設(shè)計(jì)積極性和新材料、新技術(shù)、新工藝等的應(yīng)用打開(kāi)了方便之門，同時(shí)結(jié)構(gòu)的抗震能力是在抗震性能的目標(biāo)下形成的，也是的建筑的抗震能力可以預(yù)見(jiàn)?！　?）設(shè)計(jì)方法多元化。目前基于性能的抗震理論還沒(méi)形成統(tǒng)一的研究方法，很多學(xué)者采用結(jié)構(gòu)層間變形或者定點(diǎn)

4、移位作為性能指標(biāo)，其從傳統(tǒng)的以力學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕巫優(yōu)榛A(chǔ)的設(shè)計(jì)，從彈性設(shè)計(jì)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄缘脑O(shè)計(jì)方法，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論上的缺憾，盡可能的是的建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)期功能和實(shí)際地震中起到的功能相一致，以保證設(shè)計(jì)的有效性?！　《⒒谛阅艿目拐鸾Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容　　1、地震設(shè)防的水準(zhǔn)設(shè)定　　地震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)是指設(shè)定未來(lái)可能作用在建筑上的地震等級(jí)和作用效果，美國(guó)工程師協(xié)會(huì)曾提出，基于結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)理論追求能控制結(jié)構(gòu)所可能發(fā)生的各種地震破壞的水準(zhǔn)，因此需要根據(jù)不同的重現(xiàn)期選擇可能發(fā)生的對(duì)應(yīng)不同的地震動(dòng)參數(shù)。結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重威脅生命安全，雖然損傷但沒(méi)有倒塌，經(jīng)濟(jì)上的損失已經(jīng)超

5、過(guò)了業(yè)主可以接受的最大上限?！　?、結(jié)構(gòu)抗震的性能目標(biāo)設(shè)定　　從地震設(shè)防的角度看，規(guī)范提出的抗震目標(biāo)實(shí)際上是最低的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，而結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)則是根據(jù)業(yè)主需求采用的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，其要高于規(guī)范設(shè)定的范圍。使用者可以根據(jù)自身的情況出發(fā)，設(shè)定一個(gè)合理的性能目標(biāo)。為了方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些定性的性能指標(biāo)最終將被量化，成為具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)依據(jù)?！　?、基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施　　此項(xiàng)內(nèi)容就是要求將結(jié)構(gòu)的性能要求轉(zhuǎn)化為合理的性能參數(shù)以此形成具體的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要配合合理的處理和分析方法，將前面的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為與性能指標(biāo)相關(guān)量化數(shù)據(jù)，使之作為指導(dǎo)設(shè)計(jì)的

6、具體指標(biāo)?！　∪?、高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)　　按照前面的理論分析的思路，下面就某個(gè)高層項(xiàng)目的性能抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行例舉闡述，以說(shuō)明在高層建筑中實(shí)施性能抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程和措施?！　?、工程基本情況　　某城市的高層建筑，按照建筑的整體設(shè)計(jì)要求，工程項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)為三層，地上為三層裙樓，主要塔樓設(shè)計(jì)為45層，從工程的高度超過(guò)了150m。項(xiàng)目的主體采用的是混凝土框架加核心筒的結(jié)構(gòu)形式。按照業(yè)主的需要，建筑的設(shè)計(jì)使用年限為50年，整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為二級(jí)，根據(jù)地域情況，此建筑為丙級(jí)，抗震設(shè)防為7?！　?、對(duì)結(jié)構(gòu)性能的目標(biāo)選擇　　通過(guò)對(duì)工程具體情況的分析，設(shè)計(jì)

7、人員通過(guò)對(duì)工程的具體情況的把握，并與業(yè)主方進(jìn)行了溝通，取得了一致意見(jiàn)，整體結(jié)構(gòu)在震中出現(xiàn)的逐級(jí)的損壞，即整體結(jié)構(gòu)都會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，而大部分為輕微，部分出現(xiàn)中等損壞構(gòu)件進(jìn)入到屈服階段，出現(xiàn)裂縫，整個(gè)樓體的安全性降低，結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行安全性的支護(hù)方可允許人員進(jìn)出，如果恢復(fù)使用將需要進(jìn)行大面積維修?！　?、性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)措施　　1）小震目標(biāo)　　工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通常采用的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，即利用軟件將性能目標(biāo)和實(shí)際的結(jié)構(gòu)的參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，從而獲得可以指導(dǎo)工程建設(shè)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。在計(jì)算中主要遵循的是高層建筑結(jié)構(gòu)空間的有限元分析和計(jì)算方法，利用三維建

8、模的方式進(jìn)行模擬分析，如表1所示，為具體的計(jì)算后的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時(shí)在具體的模型仿真