简述高层建筑结构抗震的优化设计研究.docx

简述高层建筑结构抗震的优化设计研究【摘要】随着高层建筑的迅速发展建筑高度不断增加高层建筑的结构设计的抗震设计变得尤为重要建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念从场址的选择到建筑物的结构设计抗震设计贯穿了整个过程。高层抗震结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程任何一个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。为此文章论述了高层建筑结构抗震的具体优化方法。【关键词】高层建筑结构；抗震；优化设计1高层建筑抗震设计的必要性近年以来结构工程师在总结前人经验逐渐认识到宏观的“概念设计”比以往的“数值设计”对工程结构抗震来说更为重要因此人们对于概念设计愈来愈重视。抗震概念设计就是从结构总体方案设计一开始就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等问题从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理再辅以必要的计算和构造措施从而消除建筑物抗震的薄弱环节以达到合理抗震设计的目的。2高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容在罕遇地震作用下抗震结构都会部分进入塑性状态为了满足大震作用下结构的功能要求有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分但是由于结构弹塑性分析的复杂性在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上各国的做法也有所不同。我国现行抗震规范（GB50021-2001）要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下（小震）按反应谱理论计算地震作用用弹性方法计算内力及位移并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时要用时程分析法补充计算并进行大震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结构设计再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法即为所谓的二阶段设方法同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析（时程分析）和弹塑性静力分析（推力计算）两大类。3高层建筑结构抗震设计中经常出现的问题（1）地基选取不合理。地震造成建筑物破坏的情况是多种多样的在城市空间相对狭小的地方地基选择不合理若进行工程措施预防有时很难达到效果或者代价昂贵。因此在工程选址时要对地质状况进行详细的勘察搞清楚地质状况并避开对建筑物抗震不利的地段选择开阔平坦地带坚硬土地上防止地震中因地基选择不合理引起人员伤亡或较大的经济损失。（2）材料选用不科学。在材料的选择上要从结构整体性上出发改变过去对结构抗震设计只考虑荷载的不确定性要综合材料的性能参数。在我国建筑钢材的品种不断增多钢结构的加工制作能力有不断的提高因此在有条件的地方要尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构或钢结构等以减少柱的断面尺寸改善结构的抗震性；在超过一定高度后钢结构质量小而且较柔为了减轻风荷载作用而出现的共振就要采用混凝土材料在变形控制中以钢筋混凝土结构的位移限制为基准。可见为了加强高层建筑物的抗震设计必须做好材料的选择。（3）抗震设防烈度低。水平地震作用是双向的可以使结构沿平面上的两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映过大的变形肯定会导致结构的破坏和失稳。（4）高度问题。在一定设防烈度和一定结构型式下钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。实际上已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物应当采取科学的态度：一要有专家论证二要有模型振动台试验。在地震力作用下超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。因为随着建筑物高度的增加许多影响因素将发生质变即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。（5）轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中往往为了控制柱的轴压比两使柱的断面很大而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎柱的塑性变形能力小则结构的延性就差。当遭遇地震时耗散和吸收地震能量少结构容易被破坏。但是在框架中若能保证强柱弱梁设计且梁具有良好延性则柱子进入屈服的可能缝就大大减少此时可放松轴压比限值。另外许多高层建筑底部几层柱虽然长细比小于4但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比只有剪跨比≤2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中