本站原创本文是一篇高层建筑论文范文,高层建筑有关毕业论文范文,关于复杂高层建筑结构设计理念抗震性能相关毕业论文参考文献格式范文。适合高层建筑及高层建筑设计及高层建筑抗震方面的的大学硕士和本科毕业论文以及高层建筑相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
【摘 要】建筑设计为了追求多功能、多变的使用空间及丰富的立面设计效果,常采用复杂高层建筑结构体系,从而使高层建筑抗震工作成为结构设计的重点.对复杂高层建筑结构基于性能的抗震设计作简单介绍,探索复杂高层建筑设计的方法,并采取必要的抗震措施,给出了高层建筑抗震性态设计中与工程设计实践和研究工作方向有关的参考.
【关 键 词】高层建筑；结构抗震；消能减震；非线性分析；性态设计
引言
随着经济的发展及社会需求的多样性,建筑的高度越来越高,体型变得更加复杂,抗震设计也变得愈加困难.复杂高层建筑包括：带转换层的结构；带加强层的结构；错层结构；连体结构；多塔楼结构等.基于性态的设计原理在工程设计中越来越得到重视,基于性态的方法要求设计者对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出评价.这种方法的正确应用能识别出不安全的设计,并为能够提出更安全、更经济的结构解决方案提供空间.
1设计控制准则
设计师一般在复杂高层建筑结构设计之前提出一些设计控制准则,包括重力、地震和风荷载控制准则；样板方案图；对现行规范传统条款的突破；性态目标荷载组合；材料选用；分析方法；与设计有关的规范等.高层建筑的性态设计方法使设计者更深入了解建筑物在地面运动下可能形成的反应,因此在完成设计并经过专家组审查后,能设计出一幢更安全、使用性能更好的建筑物.基于性态的设计包括：选择多个重现期水准,在每个重现期下要满足一定性态水准的要求；计算与每个重现期对应的地震地面运动下的结构反应；对构件进行评价,保证不出现非延性失效方式.
2性态目标及评价水准
性态目标：（1）在较小地震作用下没有结构性和非结构性构件的损伤；（2）在少遇地震作用下,其结构性或非结构性构件会发生损伤,但不会导致实质性的生命损失；（3）在可能发生最强地震时,有实质性损伤,但倒塌率很低.评价水准：（1）正常水准评价：在重现期约为100年的地震作用下只出现可忽略的损伤.（2）倒塌水准评价：在该场地预计会发生的最大地震作用下防止倒塌.
3抗震设计的特殊要求
3.19度抗震设计时不应采用带转换层的结构、错层结构和连体结构等复杂结构；
3.27度和8度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种复杂结构；
3.3应重视复杂结构的静力和动力计算分析：（1）应采用不少于两种不同的分析程序进行整体内力位移计算并相互校核；（2）宜考虑平扭转耦连计算结构的扭转效应；（3）对受力复杂部位,应在整体分析的基础上进行局部的内力或应力分析；（4）应采用弹性时程分析法进行补充计算.
4隔震和消震设计
为了提高结构的抗震性能,隔震和消能减震等抗震技术被用于设计使用功能有特殊要求的建筑,耗能元件及其体系可错开地震动卓越周期,可防止共振破坏,减轻地震振动效应以及风振.
隔震即隔离地震.在建筑物基础与上部结构之间设置一层隔震层,把房屋与基础隔离开来,隔离地面运动能量向建筑物的传递,以减小建筑物的地震反应,实现地震时建筑物只发生较轻微运动和变形,从而保证建筑物的安全.消能减震则是通过在建筑物中设置消能部件,使地震输入到建筑物的能量一部分被消能部件所消耗,一部分由结构的动能和变形能承担,以此达到减少结构地震反应的目的.
5地震危险性分析和场地反应
5.1地震危险性分析
在设计中描述地震危险性的传统方法是加速度反应谱.但周期超过3．0s后规范反应谱的准确性就不确定了.因此,通常需要针对场地的专用考察,以便针对很多高层建筑都常用的较长周期段给出特征化的地震需求.假定：（a）针对“正常使用水准评价”完成振型分析,因为建筑物的反应在这一水准下必须是弹性的或接近弹性的；（b）针对“倒塌水准评价”完成非线性反应时程分析,因为在这一水准下的建筑物中预计已形成非弹性反应.
在对结构进行设计的时候,要了解以下情况：（1）高层建筑的地震反应受多个振型的影响,其中显著的振型反应将出现在第二或更高的平动振型或扭转振型；（2）场地相关反应谱是在对所在大地构造环境有一定了解的基础上提出来的；（3）结构工程师应谨慎选择与建筑物高度、结构形式和可能的反应水平相一致的阻尼水准.
5.2场地反应
对于建在较软土层上的具有深埋实体基础或基础结构的高层建筑设计,一个关键问题是在给出地震动在地基层中随深度的变化规律后,什么样的地震动更适合用于建筑物的设计.这种所谓的“基础地震动”有可能明显不同于地震危险性评价所预测的自由场地地面运动.
场地反应研究还应识别基础下土壤液化的可能性、边坡的稳定性及其他地震地质危险.在考虑建筑物所在地点与震源断裂的位置关系、所在地区和局部地点场地相关地质特征以及所选地震危险性水准的条件下,地震地面运动通常由场地相关地震危险性概率分析确定.分析生成一条一致风险反应谱,该反应谱定义了不同周期及不同危险性水准下的线性谱加速度值,因此也就识别出了哪些假想地震对该场地的地震危险性起主导作用.
6基于变形的设计原理
在基于性态的抗震设计中,变形是起控制作用的参数.这是因为性态是以损伤程度为标志的,而损伤则与构件和体系的变形程度相关.对于主体结构构件,其损伤与所经历的非弹性变形程度相关,而非弹性变形程度又与其强度相关.因此必须提供足够的强度来防止过度的非弹性变形.水平地震作用下高层结构各楼层的侧移,包含四种成分：整体剪切变形,整体弯曲变形,整体平移和整体转动.对不同的结构应采取针对性的措施,控制结构的变形.结构实验和震害调查表明,采用层间侧移角度来评估结构的损坏程度是比较合理的,《抗震规范》对高层结构不同水准下的层间侧移角限值作出了规定.变形可分为三类：（1）建筑物的总位移；（2）层间位移角及其他内部相对变形量；（3）结构分量或构件的非弹性变形.建筑物的总位移只能用来对建筑物的性态作定性评价.层间位移角在这里的定义是在一个给定的时间步长内两个相邻楼盖的相对水平位移角.其性态取决于与之相连的主体结构的总变形,以及二者之间连接件的变形能力.
经济地完成高层建筑结构设计是一项复杂的技术挑战,其中包括在风和地震作用下的侧向刚度要求、强度要求和变形要求,且每项要求中都混合有重力荷载问题和施工可行性问题.
7结论
基于性态的抗震分析正在越来越多地用于高层建筑设计.现有的软件、研究成果以及真实建筑所获得的经验为设计提供了一些设计依据.基于性态的抗震分析需要着重考虑的方面有：性态目标的定义、输入地面运动的选择、构建适宜的非线性分析模型和对分析结果的解释.
针对结构体系和地震环境专用的非线性动力分析是用于识别非线性动力反应特征的最好途径.与使用规范的传统要求相比,通过这种分析可以得出更好的截面设计及构造要求,从而能对建筑物的性态特征,包括正常使用性能和安全性获得更大的把握.虽然基于性态的设计已经开始应用,并促进了设计的改善,但仍有一系列值得深探的内容,对这些内容的研究将会进一步改善设计实践.