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1、關于高層建筑結構抗震的研究【摘 要】 主要針對高層建筑結構抗震進行了研究分析，高層建筑得到廣泛應用。而高層建筑中地震荷載和風荷載在設計過程中占主導和控制地位，我國又是地震多發國家，因此高層建筑的抗震設計分析顯得尤為重要。本文介紹了高層建筑的結構形式和設計特點，分析了各種結構形式的抗震效果，以期對相關人員在房屋結構抗震設計有所幫助。 /1/view-12291274.htm【關鍵詞】 高層建筑；結構設計；抗震措施高層建筑是社會經濟發展和技術進步的產物。隨著大城市的發展，城市用地緊張，市區地價日益高漲，促使近代高層建筑的出現。而高層建筑抗震工作一直建筑設計和施工的重點，在學習了本學期的“高層建筑結2、構”課程之后，我對高層的抗震原理、抗震方法也產生了濃厚的興趣。通過參閱一些專業的文獻，我對高層抗震有了初步的認識，現論述如下。一、場地和地基的勘查工程施工前，應根據工程需要，掌握地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料，對抗震有利、不利和危險地段作出綜合評價。對不利地段，應提出避開要求，當無法避開時應采取有效措施；選擇地基時，一般而言，巖石、半巖石和密實的地基土對房屋抗震最有利，是最好的建筑場地；而松軟的，軟弱粘性土等，尤其是易發生砂土液化的地區，都對房屋的抗震不利。同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基上；同一結構單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基。二、建筑結構參數設計與計算分析3、參數設計是進行地震作用和房屋各構件的地震響應計算，包括各墻柱梁板承載力和變形計算。開始計算前，應根據高層結構的實際工作狀況，建立正確的計算模型，根據概念設計做必要的簡化計算與處理。計算軟件技術條件的輸入應符合規范及有關標準的規定，并應根據具體工程注意需要特殊處理的內容。對于復雜結構進行多遇地震作用下的內力和變形分析時，應采用不少于兩個不同的力學模型，目前主要有兩種計算理論：剪摩理論和主拉應力理論，它們有各自的適用范圍：磚砌體一般采用主拉應力理論，而砌塊結構可采用剪摩理論。對計算機的計算結果，應經分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。結構計算控制的主要計算結果有結構的自振周期、位移、平動及4、扭轉系數、層間剛度比、剪重比、有效質量系數等。另外，地下室水平位移嵌固位置，轉換層剛度是否滿足要求等，都要求有層剛度作為依據。復雜高層建筑抗震計算時，宜考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應，振型數不應小于15，對多塔結構的振型數不應小于塔樓數的9倍，且計算振型數應使振型參與質量不小于總質量的90%。總之，高層結構計算很難一次完成，應根據試算結果，按上述要求多次調整，才能得到較為合理的計算結果，以保證建筑物的安全。三、高層建筑結構分析及計算方法1、框架-剪力墻結構框架-剪力墻結構內力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉角相等的位移協調條件，可以建立位移與外荷載之間關5、系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架-剪力墻的機算方法，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。2、剪力墻結構剪力墻的受力特性與變形狀態主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。3、筒體結構筒體結構6、的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。一種是只作幾何分布上的連續化，以便用連續函數描述其內力；另一種是作幾何和物理上的連續處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。具體應用有連續化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。等效離散化方法是將連續的墻體離散為等效的桿件，以便應用適合桿系結構的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結構法等。具體應用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架7、子結構法。比等效連續化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結構來分析筒體結構體系，其中應用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結構體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結構。空間梁柱每端節點有6 個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論分析，每端節點有7個自由度，比空間桿增加一個翹曲自由度，對應的內力是雙彎矩。三維空間分析精度較高，但它的未知量較多，計算量較大，在不引入其它假定時，每一樓層的總自由度數為6Nc+7Nw（Nc、Nw 為柱及墻肢數目）。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣每一樓層總自由度數降為3（8、Nc+Nw）+4，這是目前工程上采用最多的計算模型。四、結構設計的抗震措施1、框架結構抗震構造措施框架結構的抗震能力相對來說比較弱，但通過一些抗震措施也可以得到些許提高。對框架結構的梁來說要符合以下幾點要求：1截面寬度不宜小于200mm；2 截面高寬比不宜大于4；3 凈跨與截面高度之比不宜小于4。對框架結構的柱子來說主要是柱內縱向鋼筋配置，具體措施如下：1 柱要對稱布置；2 截面尺寸大于400mm 的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm；3 柱總配筋率不大于5%；4 一級且剪跨比不大于2的柱，每側縱向鋼筋配筋率不大于1.2%；5 柱縱向鋼筋的綁扎接頭應避開柱端的箍筋加密區。2、剪力墻結構抗震構造9、措施剪力墻結構中起抗震作用的主要是剪力墻，剪力墻的厚度：1 應符合高層建筑混凝土結構技術規程JGJ-2010中的附錄D的墻體穩定驗算要求。2 一、二級底部加強部位的墻厚不應小于200mm，其它部位不應小于160mm；一字形獨立剪力墻底部加強部位不應小于220mm，其它部位不應小于180mm。3 三、四級不小于160mm，一字形獨立剪力墻底部加強部位不應小于180mm。4非抗震剪力墻厚度不應小于160mm 。3、框架- 剪力墻結構抗震構造措施該結構體系中，剪力墻的厚度：1 應符合高層建筑混凝土結構技術規程JGJ-2010中的附錄D的墻體穩定驗算要求。且應符合下列規定：1）抗震設計時，一、二級底部10、加強部位的剪力墻厚度不小于200mm，2）除本款1）項以外的其它情況下不應小于160mm；剪力墻周圍設置梁和端柱組成的邊框。對剪力墻中的豎向和橫向鋼筋來說，抗震設計時配筋率均不應小于0.25%，非抗震設計時配筋率均不應小于0.2%，并雙排布置。拉筋間距不大于600mm，直徑不小于6mm。4、筒體結構抗震措施對框架- 核心筒結構來說，核心筒與框架之間的樓蓋宜采用梁板體系。高于9度設防時才采用加強層，當對結構整體分析時要顧及加強層變形的影響。加強層的大梁或桁架應與核心筒內的墻肢貫通；大梁或桁架與周邊框架柱的連接宜采用鉸接或半剛接。五、結論地震是一種目前難以準確預測的自然災害，為避免它給人類帶來大的災難，作為工程技術設計人員在建筑結構的研究和工程設計中，應從整體宏觀的觀點出發，綜合處理好建筑功能、技術、藝術、安全可靠性和經濟合理等幾方面內容，從而創造出更加安全、適用、經濟美觀的高層建筑。參考文獻：1胡聿賢.地震工程學M.北京：地震出版社，2005.2GB50011-2010，建筑抗震設計規范S.3徐宜和，丁勇春.高層建筑結構抗震分析和設計的探討J.江蘇建筑，2004（3）.